O objetivo desta tese encontrar descricoes efetivas de fases fractonicas. Fractons representam um novo tipo extico de materia quantica na qual as excitacoes fundamentais carecem da habilidade de se mover livremente, uma caracteristica nao compartilhada por nenhuma quasi particula previamente conhecida. Em tais sistemas, os estados ligados das excitacoes fundamentais podem adquirir mobilidade restrita, caracterizando o que agora e conhecido como fratons do tipo I, mas em casos particulares mesmo os estados ligados permanecem imoveis, estes sao chamados de fratons do tipo II. Alem disso, esses sistemas so quase topologicos, no sentido que algumas de suas propriedades possuem uma dependencia topologica, mas nao se "desvinculam" inteiramente da geometria. Buscamos entender esses sistemas em termos de uma teoriaquantica de campos. Em principio, isso parece uma tarefa bastante dificil, uma vez que parece impossivel acomodar todas as caracteristicas dos sistemas fractonicos nalinguagem de uma teoria continua; no entanto, fomos capazes de encontrar descrições efetivas que capturam as propriedades fundamentais de tais sistemas. Usamos -representacoes das matrizes de Dirac da algebra de Clifford para construir modelos de fractons na rede e sua teoria do tipo de Chern-Simons correspondente. Como exemplo, construimos uma generalizacao do modelo de Chamon em D dimens˜espaciais, (com D mpar) e sua teoria efetiva com dimensao do espao-tempo igual a (D + 1). A descricao do continuo possui uma matriz K anti-simetrica semelhante a da construção hierarquica do efeito Hall quantico. As cargas do grupo de calibre sao conservadas emsub-variedades que garantem o comportamento fractonico. A construcao se estende a qualquer modelo de fractons na rede construido a partir de operadores comutantes e com produtos tensoriais de spin-1/2 como graus de liberdade nos sitios. Continuando nossos esforos, tambm construimos tambem uma teoria de campo efetiva para um modelo de fracton do tipo II a partir do codigo Haah na rede. A teoria topológica efetiva no e dada exclusivamente em termos de uma acao; deve ser complementado com uma condicao que seleciona estados fisicos. Sem a restricao, a acao descreve apenas um fracton do tipo I. A restricao surge de uma condicao de que os operadores de cubo na rede se multiplicam a identidade e , esta, no pode ser implementada de forma consistente na teoria do continuo a nivel operatorial, mas apenas em uma forma mais fraca, em termos de elementos de matriz de estados fisicos.

Estudamos os efeitos da simetria axial de espaços-tempos estacionários na energia de Casimir. Considerando um campo escalar massivo, analisamos a influência da orientação do aparelho Casimir, com relação ao eixo de simetria, no valor da energia. Mostramos que, para uma orientação não considerada antes na literatura, a energia de Casimir pode mudar de sinal, produzindo uma força repulsiva. Como aplicações, analisamos duas métricas específicas: uma associada ao movimento linear de um cilindro e um movimento equatorial circular em torno de uma fonte gravitacional descrita pela geometria de Kerr.

Motivado pela recorrente dificuldade dos laboratórios de pesquisas em obter padrões físicos para calibração de equipamentos, esse trabalho apresenta um método alternativo de quantificação por EDXRF utilizando espectros simulados. Para isso, foi usado um código com o Método de Monte Carlo para simulação, combinado com espectros medidos com equipamentos de EDXRF de bancada e portátil. Foram avaliadas oito amostras de padrões de aço com liga de Fe, V, Cr, Mo e W, e dezesseis amostras arqueológicas de ligas de Au, Cu e Ag. As simulações permitiram construir modelos de regressão com espectros simulados e validados com os dois conjuntos de amostras metálicas sem a necessidade de padrões físicos para calibração. Referente às ligas de aço, foram construídos modelos de regressão multivariada para dois equipamentos de EDXRF e seus resultados comparados com valores de referência. Quanto às amostras arqueológicas, foi possível construir modelos de regressão linear univariada para quantificar a concentração de Au, Cu, e, indiretamente, estimar o teor de Ag, permitindo traçar um perfil quantitativo para cada uma das amostras. Os resultados indicam que para as ligas de aço, os modelos foram eficientes para quantificar os cinco elementos, principalmente Fe, com desvio relativo aos valores de referência menores que 3%. Para as concentrações dos demais elementos, onde os valores de referência indicam variar de 0,48 % até 8,74%, o desvio relativo médio foi de 10%; para as amostras arqueológicas, os resultados mostram que a concentração de Cu para os dezesseis artefatos são menores que 5% e a concentração de Au varia em um amplo intervalo de concentração, partindo de 8 até 100%. Foi possível identificar também, que algumas amostras, com formato de copo, apresentam grandes variações de Au ao longo delas, indicando que as mesmas passaram por um processo de soldagem, onde base e corpo foram feitas em etapas diferentes de produção. Com isso, esse estudo conclui que a simulação de espectros com Método Monte Carlo mostra-se como uma alternativa viável par suprir a ausência de padrões certificados físicos e também eficaz para análises quantitativas de amostras de ligas métalicas de aço contendo Fe, V, Cr, Mo e W, assim como para ligas ternárias contendo Au, Cu e Ag.

Os recentes avanços obtidos na produção e desenvolvimento de dicalcogenetos de metal de transição bi-dimensionais (2D TMDs) permitem a aplicação destes materiais, que possuem uma estrutura similar ao grafeno, em uma vasta quantidade de dispositivos, compondo promissoras tecnologias para aplicações optoeletrônicas. Neste trabalho, nanoestruturas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram crescidas diretamente em substratos de papel através da síntese hidrotermal assistida por micro-ondas. Técnicas de caracterização morfológica, estrutural e óptica – como microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman – foram utilizadas para analisar as amostras sintetizadas. A variação dos parâmetros de síntese, como o tempo e a temperatura, permitiram a manipulação destas nanoestruturas durante o processo de crescimento, com a produção das fases metálica (1T) e semicondutora (2H). Utilizando este método de síntese, nanoestruturas bi-dimensionais de MoS2 foram diretamente crescidas sobre substratos de papel. Os resultados de fotocondutividade motraram que os fotodetectores interdigitais de MoS2, sintetizados à 200 °C durante 120 minutos, podem apresentar Resposta de 290 mA/W com Detectividade de 1,8 x 109 Jones e 37 % de eficiência quântica externa. As nanoestruturas de MoS2 foram utilizadas como camada ativa na produção de fotodetectores de infra-vermeho próximo de baixo-custo, onde as melhorias e adaptações desse método de síntese permitem futuras aplicações diversas, como sensores de luz e umidade descartáveis, tecnologia de sensores em embalages, RFIDs, dentre outras.

O modelo esférico pertence a uma pequena classe de modelos em mecânica estatística que são solúveis exatamente em dimensões arbitrárias, o que o torna atraente para o estudo de transições de fase. Assim, apresentamos o modelo esférico clássico e suas propriedades, incluindo o comportamento patológico da entropia para baixas temperaturas. Em seguida, introduzimos a versão quântica do modelo, em que analisamos o seu comportamento crítico para interações de primeiros vizinhos, tanto para o caso de temperatura finita quanto para temperatura nula. Como o foco principal deste trabalho é investigar o comportamento crítico de uma extensão supersimétrica do modelo esférico quântico, julgamos apropriado discutir inicialmente as principais propriedades de supersimetria, que são fundamentais para a construção da versão supersimétrica a partir de uma formulação no superespaço. Esta construção no superespaço é conveniente para garantir que a estrutura de vínculo da teoria seja compatível com a supersimetria. A extensão supersimétrica do modelo é parametrizada por uma energia de interação Ur,r0 , que governa a interação entre os supercampos nos diferentes sítios. Em particular, o cálculo da função de partição é apresentado considerando uma energia de interação que depende apenas do módulo da distância entre dois sítios, U = U(|r−r0|). Porém, a análise do comportamento crítico é apresentada para interações de campo médio. No geral, é possível mostrar que a versão de campo médio apresenta uma transição de fase quântica, sem quebra de supersimetria para temperatura nula, assim como uma transição de fase a temperatura finita com uma quebra de supersimetria. Apresentamos os expoentes críticos da magnetização e da susceptibilidade em ambos os casos de temperatura finita e temperatura nula. Com relação a susceptibilidade, encontramos dois regimes no caso de temperatura finita caracterizados por expoentes críticos distintos. A entropia para a extensão supersimétrica do modelo é bem comportada no limite de baixas temperaturas, s ! 0.

Este trabalho é dedicado ao estudo de um sistema de spins esféricos quânticos supersimétricos com interações de curto alcance. Examinamos as propriedades críticas do sistema, ambas à temperatura zero e a temperatura finita. O modelo exibe uma transição de fase quântica à temperatura zero sem quebra de supersimetria. À temperatura finita, a supersimetria é quebrada e o sistema exibe uma transição de fase térmica. Determinamos as dimensões críticas e computamos os expoentes críticos. Em particular, descobrimos que o modelo é caracterizado por um expoente crítico dinâmico z = 2. Também investigamos as propriedades de correlações em uma rede unidimensional. Finalmente, exploramos a conexão com uma versão não-relativística do modelo sigma não-linear supersimétrico O(N), e mostramos que é equivalente ao sistema de spins esféricos no limite de N grande.

A proteína CB1 é o alvo dos compostos canabidiol (CBD) e tetrahidrocanabidiol (∆9-THC) presentes na planta Cannabis sativa. Estudos in vivo com canabinóides como o CBD no tratamento da epilepsia, têm demonstrado o potencial terapêutico do composto agonista, reduzindo os efeitos de doenças como a síndrome de Dravet, Lennox-Gastaut, entre outras. No entanto, a maioria dos programas de descoberta de drogas baseados em GPCR (receptores acoplados a proteína G) focam no desenvolvimento de moléculas ortostéricas que competem com ligantes endógenos. O desenvolvimento de novos ensaios tornou possível identificar ligantes ativos que interagem em locais topograficamente distintos do receptor, a saber, locais alostéricos. Ligantes alostéricos, como CBD no receptor CB1, exercem seus efeitos modificando a conformação do receptor, levando a uma mudança estrutural da proteína e perda da afinidade a ligantes ortostéricos. Este sítio pode ser alvo para o desenho de novos fármacos, oferecendo uma nova abordagem para modular o CB1. O estudo de biomoléculas usando técnicas computacionais tem produzido bons resultados, capazes de orientar estudos experimentais economizando tempo e recursos. Assim, neste estudo usou-se a dinâmica molecular como ferramenta computacional, fornecendo informações sobre o comportamento dinâmico, dependente do tempo, das interações do sistema CB1-CBD em ambiente membrana e água. O estudo da interação CB1-CBD foi desenvolvido em duas etapas, diferenciando-se em que na primeira o objetivo foi determinar o melhor sítio de ligação do CBD no receptor, e na segunda, foi avaliar se o aumento do número de moléculas de CBD interagindo com CB1, causa sinergismo entre os ligantes. A partir das duas etapas empregadas concluímos que a estimação da energia livre de ligação dos complexos e o cálculo da contribuição dos aminoácidos da proteína CB1 permitiu determinar que o sítio alostérico 1 é o local de interação com as melhores características energéticas e estruturais para a ligação do CBD a CB1. A maior contribuição à energia de interação é feita pelos resíduos de aminoácido Arg477 e Ser64 do receptor CB1, cuja presença é estável em todos os sistemas analisados, interagindo por meio de ligações hidrofóbicas e mantendo a afinidade do CB1 com o ligante CBD. As interações não-covalentes mais importantes entre os grupos químicos do CBD e os resíduos de aminoácido do CB1 são alquil, pi-alquil e pi-pi em forma de T. E o aumento do número de moléculas CBD interagindo com o CB1 não potencializa o efeito antagonista do ligante, demonstrado pela perda de afinidade quando outras moléculas são adicionadas, assim, o melhor sistema de interação é CB1-CBD-AS1 (-14.37 Kcal/mol).

Compostos orgânico-inorgânicos sob a forma geral ABX3 (onde A é o constituinte orgânico, B é um metal e X é um elemento halogênio) e que se organizam em uma estrutura denominada perovskita, apresentam propriedades optoeletrônicas bastante adequadas para aplicação em dispositivos fotovoltaicos. O baixo custo, a facilidade de processamento, e a alta eficiência de conversão de luz em energia elétrica apresentada por esses dispositivos, motivaram nos últimos anos um intenso processo de investigação das propriedades destes materiais, com o consequente aprimoramento de suas características, fazendo com que, atualmente, a eficiência de dispositivos baseados nesses compostos já ultrapasse 25%, o que os torna uma alternativa competitiva à, já muito bem, estabelecida tecnologia fotovoltaica baseado no silício policristalino. No entanto, para que os dispositivos de perovskita alcancem uma realidade de mercado, alguns desafios importantes ainda precisam ser superados. Uma questão crucial é a relativamente baixa estabilidade química dos compostos de perovskita, que sofrem um processo irreversível de degradação quando expostos à atmosfera ambiente úmida, alta temperatura e radiação ultravioleta. Outra questão importante diz respeito ao processo de fabricação dos dispositivos, que normalmente é executado inteiramente em um ambiente de atmosfera inerte e livre de umidade, o que é uma exigência incompatível com uma linha de produção. No presente trabalho, foram realizadas investigações no sentido de contribuir para o avanço da tecnologia fotovoltaica baseada nas perovskitas, abordando esses dois aspectos. Na primeira parte do trabalho, faz-se um relato da influência da funcionalização das camadas transportadoras com monocamadas automontadas, no sentido de promover tanto uma maior estabilidade química dos filmes de perovskita quanto estender o tempo de vida útil de dispositivos fotovoltaicos baseados nesses filmes. A inclusão de monocamadas automontadas mostrou-se ser um artifício eficaz para este fim, tanto para dispositivos com estrutura direta quanto com estrutura invertida. Já na segunda parte, é realizada uma proposta de procedimento para confecção de dispositivos de perovskita em ambiente de atmosfera aberta, com umidade relativa do ar em torno de 50% e em temperatura ambiente em torno de 20 °C (condições bastante adequadas para uma linha de produção). Os dispositivos produzidos a partir deste procedimento demonstraram eficiências razoáveis, e através dos resultados de testes de estabilidade, foram identificados os processos que levam à deterioração dos parâmetros elétricos destes dispositivos com o transcorrer do tempo. Desta forma, este trabalho de tese apresenta metodologias e procedimentos que podem contribuir efetivamente para o aprimoramento da tecnologia fotovoltaica baseada em compostos de perovskita.

Desde que neutrinos foram teorizados por Pauli em 1930, experimentos mostraram a existência de diferentes sabores dessas partículas, além de que oscilam e possuem massa. Em décadas de estudos descobrimos várias das características dos neutrinos, entretanto ainda existem várias perguntas não respondidas. Não sabemos qual é a natureza de sua massa, se são submetidos ao mesmo mecanismo que dá massa aos léptons carregados, e são partículas de Dirac, ou se são exceções, e o que chamamos de neutrinos e antineutrinos na verdade coincidem, como férmions de Majorana. Caso sejam partículas de Dirac, o Modelo Padrão, a teoria de maior sucesso da física de partículas, prediz que devem existir neutrinos de mão direita, mas onde eles estão? Não existem barreiras sobre o valor da massa de neutrinos de mão direita, podem existir de poucos eV até muitos GeV, ou talvez nem existam. Além dessas questões existem incontáveis experimentos sendo realizados para determinar os ângulos de -mistura dos neutrinos ativos, a fase de violação de carga-paridade, a hierarquia de massa, o valor das massas, e estudar qualquer outra propriedade que essas partículas possam ter. Anomalias ainda não bem compreendidas em experimentos de oscilação tem sido objeto de interesse nas últimas décadas. Desaparecimentos ou excessos de neutrinos podem ser os primeiros indícios de um quarto tipo de neutrino, o neutrino estéril. Neutrinos estéreis podem dar as respostas para algumas questões importantes, mas podem também não existir. Neste trabalho será apresentada uma revisão das propriedades de neutrinos, uma discussão sobre neutrinos estéreis e resultados que motivam ou desmotivam sua existência. Discutiremos pontos importantes em probabilidade e estatística para a análise de resultados. Por fim analisaremos os resultados de um experimento de decaimento de repouso de píons simulado, desenvolvido por meio de um código em python.

Investigações físicas de sistemas fortemente acoplados podem ser extremamente desafiadoras, essencialmente porque a teoria de perturbação falha em ser uma boa técnica em regimes onde as constantes de acoplamento são grandes. Este é um problema muito relevante, uma vez que existem objetos que apresentam grandes interações em regimes específicos, por exemplo, a física da Cromodinâmica Quântica, os Líquidos de Hall Quânticos, os Líquidos de Spin Quânticos e assim por diante. O objetivo do trabalho atual é investigar e compreender as dualidades da teoria quântica de campos abeliana bidimensional e tridimensional. Essas relações de dualidade não perturbativas podem fornecer ferramentas para estudar tais objetos de interesse. Realizamos este estudo argumentando a veracidade dessas dualidades em duas abordagens: a abordagem macroscópica e a abordagem dos fios quânticos. Na abordagem macroscópica, comparamos as fases macroscópicas das teorias, as simetrias globais e o padrão espontâneo de quebra de simetria das teorias. Na abordagem dos fios quânticos, comparamos as teorias mapeando precisamente uma teoria em outra, entendendo as teorias como sendo composições de vários fios quânticos bidimensionais. Essa última abordagem também nos permite usar técnicas bem compreendidas de bosonização 2D e teoria de campo conforme.