O uso da modelagem matemático-computacional como ferramenta para resolver problemas relacionados à questões públicas como a pandemia de COVID-19 se mostrou muito eficiente e promissor. Muitos modelos epidêmicos compartimentais foram utilizados para prever e analisar o cenário pandêmico brasileiro e mundial durante os anos de 2020 a a 2022. No entanto, a modelagem de processos epidêmicos se mostrou bem mais complexa, no sentido de que é necessário tentar entender à influência das interações sociais, além de simplesmente investigar a propagação de um vírus, por exemplo. Nesse sentido, este trabalho teve o objetivo de analisar os efeitos de como a percepção de risco do indivíduo afeta a evolução de uma epidemia em redes complexas. Para isso, utilizamos o modelo tradicional Suscetível-Infectado-Recuperado (SIR) em diferentes tipos de redes. Para simular o comportamento dos indivíduos na tomada  de decisões, por exemplo aderir ou não às medidas de contenção de uma epidemia, utilizamos um sistema de payoff de acordo com a teoria dos jogos. Com isso, investigamos como o comportamento dos indivíduos pode afetar direta ou indiretamente os parâmetros básicos que são analisados na modelagem epidêmica, isto é, duração da epidemia, quantidade de infectados simultaneamente, etc. Nossos resultados sugerem que o impacto da epidemia é reduzido quando se leva em consideração a interação de indivíduos que cooperam na rede, principalmente quando essa cooperação também inclui a taxa de recuperação, para todas as topologias de rede analisadas. Por fim, acreditamos que nosso modelo poderá auxiliar agentes de saúde e a comunidade de modo geral nas tomadas de decisão.

Actualmente, energias não renováveis são as mais utilizadas. No entanto, são também as mais poluidoras e as que mais contribuem para o efeito estufa.Devido ao seu uso excessivo, os combustíveis fósseis têm vindo a tornar-se cada vez mais escassos, o que leva o Homem a ter que optar cada vez mais em fontes de energia mais sustentáveis. Entretanto, há que se atribuir maior importância aos recursos renováveis, por serem muito menos poluentes do que os combustíveis fósseis e, por não contribuírem para os teores excessivos de CO 2 na atmosfera por um lado, e por outro, não correrem o risco de se esgotarem. Um dos tipos de energia renovável, é a energia hídrica, gerada a partir da energia potencial de uma massa de água. O uso da força das águas para gerar energia vem desde tempos remotos e começou com a utilização das “noras” (rodas de água do tipo horizontal), usadas desde o século II A.C., que, através da queda de água, produzem energia mecânica. A partir do século XVIII, com o desenvolvimento tecnológico, surgiram os motores e a turbinas hídricas, que possibilitaram a conversão de energia mecânica em eletricidade, tendo surgido as primeiras centrais hidreléctricas em 1880, na Inglaterra (MOREIRA, et al, 2011) Actualmente, a obtenção de eletricidade a partir de energia hídrica é principalmente realizada através de centrais hidrelétricas que estão associadas a barragens, as quais, assim, podem ter o duplo papel de reservatórios de água e centrais produtoras de energia. Numa época em que o mundo é persuadido a optar por fontes renováveis de energia devido as vantagens que elas proporcionam, o distrito de Gorongosa, concretamente a Vila de Gorongosa, que foi o campo de pesquisa do autor, é atravessada por cinco (5) rios de curso permanente, nomeadamente Nhandare, Chitunga, Murombozi, Nhariroza e Vunduzi, que transportam um recurso hídrico tido como fonte de energia renovável, que é a água neste caso, e sobre o rio Nhandare, decorreu a construção de uma barragem para o abastecimento de água a esta vila. O presente projeto tem por finalidade, estudar as condições da barragem de Gorongosa como fonte alternativa para a geração de energia elétrica.

Neste trabalho apresentamos uma investigação teórica sobre um sistema de spin antiferromagneticamente acoplado, especificamente {Cu3 −X} (X = As, Sb), que exibe uma configuração triangular isósceles ou configuração triangular equilátera ligeiramente distorcida, conforme identificado em (CHOI et al., 2006). Esse aglomerado pode ser efetivamente representado pelo modelo de Heisenberg em uma estrutura triangular, levando em consideração a interação de troca, a interação Dzyaloshinskii-Moriya, g-fatores e o campo magnético externo, conforme delineado na referência acima. Usando a abordagem numérica, exploramos comportamentos de temperatura zero e temperatura finita de um acoplamento antiferromagnético de um sistema de spin do tipo Cu3. Na temperatura zero, o sistema exibe uma magnetização quase platô de 1/3, quando o campo magnético é variado. Além disso, damos ênfase particular às propriedades magnéticas, incluindo magnetização, suscetibilidade magnética, entropia e calor específico em temperaturas finitas. Investigamos também o efeito magnetocalórico em função de um campo magnético imposto externamente, orientados paralela e perpendicularmente ao plano da estrutura triangular. Curiosamente, essas as configurações demonstram um comportamento notavelmente semelhante para ambas as orientações do campo magnético. Nossa investigação também inclui uma análise da curva adiabática, o parâmetro de Grüneisen e a variação de entropia quando aplicado ou removido o campo magnético. O efeito magnetocalórico é encontrado com maior proeminência na região de baixa temperatura (abaixo de T ∼ 1K) e em ∼ 4.5T e ∼ 5T para campos magnéticos paralelos e perpendiculares, respectivamente.

Com o propósito de compreender as origens microscópicas das propriedades magnéticas, descobrir novos fenômenos e novos materiais para o desenvolvimento de uma ampla diversidade de aplicações tecnológicas, o magnetismo é um dos campos de pesquisa mais importantes na Física Estatística e Física da Matéria Condensada, o qual atrai a atenção de diversos físicos teóricos e experimentais. Esse trabalho apresenta um estudo de sistemas de spins de baixa dimensionalidade (modelos que descrevem com precisão uma classe de materiais magnéticos) para investigar as propriedades termodinâmicas e magnéticas de um triângulo composto por spin-1/2 Heisenberg que descreve o cluster molecular Cu_3(OH). A investigação ocorreu através da diagonalização exata e análise do espectro de energia e dos diagramas de fase do estado fundamental. O modelo apresenta fase ferromagnética e antiferrimagnética, além de apresentar degenerescência para alguns conjuntos de parâmetros, devido essa degenerescência o modelo apresenta entropia residual. Posteriormente, pretende-se investigar a existência do Efeito Magnetocalórico (EMC), que é a capacidade de um material magnético absorver ou liberar calor quando submetido à variação de um campo magnético.

A disponibilidade energética em zonas rurais de Moçambique continua sendo um dos grandes desafios para o governo, população e pesquisadores. Vários motivos são considerados como evidência para que não haja energia elétrica nessas zonas, sendo um deles a viabilidade econômica dos projetos. Diante das comunidades rurais com baixa população e espalhadas geograficamente, a construção de redes elétricas rurais vem sendo observada dentro do cenário custo versus benefício. A população de baixa renda nessas zonas, vive basicamente da agricultura e de outras atividades para seu autosustento, não tendo acesso a energia elétrica. Em contrapartida, a disponibilidade energética na comunidade, possibilitaria a diversificação das atividades de fonte de renda, melhorando significativamente a vida das pessoas, propiciando água tratada, reduzido a mortalidade infantil, conservando alimentos, permitindo acesso a internet, educação e possibilidades na criação de pequenas cooperativas para processamento de alimentos, gerando renda e trabalho, além do retorno econonômico para as regiões. Assim, objetivou-se analisar a viabilidade para montagem de um sistema fotovoltaico comparativamente a energia da REN (hídrica) para eletrificação de uma zona rural de Matica – Sussundenga. A partir dos orçamentos, cálculos e, utilizando o software Solarius PV, consideramos que o sistema fotovoltaico possui vantagem financeira na ordem de $326740 comparando à rede Nacional, com retorno do investimento em torno de aproximadamente 35 meses, o que demonstra a viabilidade financeira do projeto.

The pressure is a fundamental thermodynamic variable that can be used to modify the properties of materials, because it reduces the interatomic distances, modifies the electronic orbitals and the connection patterns of the sample. It’s a versatile tool for the creation of exotic materials not accessible in environmental conditions. Recently, high pressure experimental techniques developed have led to the synthesis of new functional materials with excellent performance: for example, superconductors, super hard materials and high energy density materials. Some of these advances were aided and accelerated by computer simulations, an important tool for the search for crystalline structures and the characterization of physical properties. Thus, in this work was investigate the structural, electronic and mechanical properties of the Roterbärite family (PdCuBiX3 – X = S, Se or Te) under the influence of high pressure through Density Functional Theory (DFT) calculations using the Quantum Espresso. The calculations has been performed using Perdew–Zunger’s LDA (LDA-PZ) exchange correlation (XC) functional. The crystal structure has been computationally optimized sob several pressures and the bulk module found to be 71,65 GPa, 53,02 GPa and 50,3 GPa for the PdCuBiS3, PdCuBiSe3 and PdCuBiTe3 respectively. Electronic structure calculations demonstrated that PdCuBiS3 and PdCuBiSe3 are semiconductors, and PdCuBiTe3 is metallic.

A lignina apresenta características que sugerem um alto potencial para substituição da poliacrilonitrila (PAN) em sínteses de nanofibras de carbono (NFCs), é um dos recursos naturais mais abundantes da terra, tem origem renovável e possui alto teor de carbono. Neste trabalho estudou-se uma rota de síntese de NFCs fiadas pelo método de fiação por sopro em solução (SBS - Solution Blow Spinning) e formuladas a partir de uma blenda polimérica de lignina extraída do substrato pós-cultivo de cogumelos comestíveis (SMS - Spent Mushroom Substrate) e PVA. A lignina foi extraída pelo método alcalino e caracterizada por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e espectroscopia na região do ultravioleta-visível (UV-Vis). Todas as análises realizadas na lignina mostraram eventos característicos, confirmando que os blocos de cogumelos, mesmo após a biotransformação pelos fungos, resultam em SMS rico em lignina. Para a fiação no SBS, foram formuladas duas soluções poliméricas contendo 30% (solução A) e 23% (solução B) de lignina. As nanofibras de lignina/PVA sintetizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), FTIR, TGA e DSC. Os diâmetros médios obtidos para as nanofibras de lignina/PVA foram de 370 nm para a solução A e 463 nm para a solução B. Isso indica que o teor de lignina influencia diretamente no diâmetro das nanofibras. A análise FTIR mostrou que a lignina e o PVA são capazes de formar ligações intermoleculares de hidrogênio entre si, o que permitiu a formação das nanofibras durante a fiação. As NFCs foram caracterizadas por MEV, espectroscopia Raman e análise elementar. Os diâmetros médios obtidos para as NFCs foram de 286 nm e 322 nm. Observa-se que houve redução no diâmetro das nanofibras após a carbonização, isso se deve à volatização de componentes não carbônicos das amostras, tais como nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, dentre outros. Portanto, a lignina presente no SMS do cultivo de cogumelos comestíveis pode ser extraída e em associação com PVA reaproveitada para síntese de NFCs. Além disso, o SBS pode ser o método precursor de fiação da solução polimérica lignina/PVA.

A verificacao experimental direta do efeito Unruh tem evadido fisicos por muito tempo. Entretanto, esse cenario pode estar prestes a mudar. Sistemas analogos de metamateriais podem providenciar alternativas promissoras para a observacao do efeito Unruh. Ademais, fotons, em alguns deses sistemas, comportam-se como se estivessem em um espaco equipado com uma assinatura Kleiniana — um espaco Kleiniano. Neste trabalho, o efeito Unruh em uma geometria efetiva com assinatura Kleiniana oriunda de um meio anisotropico, como um metamaterial hiperbolico, e investigado. A abordagem por integrais de trajetoria, para o efeito Unruh, e aplicada no contexto de um espaco Kleiniano, em que surgem problemas. E destacado que qualquer sistema analogo de metamateriais pode estar, na verdade, mimetizando um fenomeno fisico conhecido em um espaco-tempo exotico onde propriedades ja estabelecidas se tornam invalidas. No caso deste trabalho, um referencial acelerado analogo no espaco Kleiniano e derivado e uma compactificacao induzida de uma dimensao tipo-tempo, assim como a ausencia de "cunhas", em contraste com o que ocorre no espaco de Rindler, sao observadas. Apesar do efeito Unruh analogo no espaco Kleiniano nao ser demonstrado, algumas perspectivas e alternativas sao discutidas.

Nos últimos anos, o aperfeiçoamento das técnicas de produção de materiais permitiu grandes avanços e aplicações entre os dispositivos eletrônicos, devido as manipulações sobre a carga e/ou spin de partículas elementares. Uma dessas aplicações, são os sistemas de baixa dimensionalidade, em particular, os pontos quânticos, que apresentam como característica principal o confinamento do elétrons nas três dimensões espaciais. Nesta dissertação é proposto o estudo da coerência quântica térmica em um ponto quântico duplo semicondutor. Aqui consideramos um único elétron em um ponto quântico duplo com interação spin-órbita tipo Rashba na presença de um campo magnético externo. Expressões analíticas para concorrência térmica e coerência correlacionada são obtidas usando o formalismo da matriz densidade. O principal objetivo desta dissertação é proporcionar uma boa compreensão dos efeitos da temperatura, do parâmetro de tunelamento, do efeito Rashba e o do desdobramento Zeeman na coerência quântica. Além disso, os nossos resultados mostram que podemos usar o acoplamento Rashba para sintonizar o emaranhamento térmico e a coerência quântica do sistema. E finalmente, nos concentramos no papel desempenhado pelo emaranhamento térmico e a coerência correlacionada responsável pelas correlações quânticas. Observamos que a coerência correlacionada é mais robusta que o emaranhamento térmico, de modo que algoritmos quânticos baseados apenas em coerência correlacionada podem ser mais fortes do que aqueles baseados no emaranhamento.

O desenvolvimento de técnicas verdes na síntese de nanopartículas é de grande importância para potencializar a aplicação de tais nanoestruturas em diversas áreas do conhecimento. Nanopartículas de materiais semicondutores com diâmetros inferiores a 100 nm recebem o nome de pontos quânticos e apresentam propriedades ópticas e eletrônicas dependentes de seus tamanhos. Neste trabalho foi realizada a síntese verde de pontos quânticos de CdS por meio dos fungos produtores de pigmento Fusarium oxysporum e Penicillium flavigenum com o objetivo de aplicar tanto os pigmentos produzidos quanto as nanoestruturas biossintetizadas em protótipos de células solares híbridas, isto é, sensibilizadas por pigmentos e pontos quânticos. Os fungos foram cultivados em meios de cultura líquidos próprios para produção de seus pigmentos característicos e, na síntese de pontos quânticos, foram utilizadas tanto a biomassa fúngica quanto o caldo pigmentado contendo os metabólitos fúngicos, de forma que as nanoestruturas sintetizadas pelo caldo de cultivo pigmentado estivessem dispersas nele e pudessem ser extraídas juntamente com o pigmento. Os protótipos de células solares híbridas foram construídos utilizando vidros condutores FTO de área igual a 16cm2 e nanopartículas de TiO2 e o polímero
HPMC foram usados na construção dos filmes. Como eletrólito foi utilizada uma solução I – /I3 – e o contraeletrodo foi formado por fuligem de vela. Como agentes sensibilizadores foram utilizados extratos contendo, separadamente, os pontos quânticos de CdS biossintetizados e pigmentos produzidos pelos fungos e também a solução de pigmentos e pontos quânticos extraídos em um só passo. As nanopartículas de CdS revelaram fluorescência quando expostas a radiação UV, apresentando espectros característicos de absorção e IV e, por meio da análise de MET, foi identificada uniformidade, formato predominantemente esférico e tamanhos variando de 2 a 11nm. Os testes feitos com o auxílio de um multímetro em dias de céu aberto e sol pleno revelaram que os protótipos sensibilizados somente pelos pontos quânticos de CdS produziram tensões de circuito aberto variando entre 157mV e 280mV, ao passo que protótipos sensibilizados pelos pigmentos fúngicos produziram tensões de circuito aberto entre 179mV e 310mV. Por último, protótipos sensibilizados pelos extratos de pontos quânticos e pigmentos atingiram a faixa de tensão produzida de 447mV a 615,5mV, indicando que a combinação das nanoestruturas inorgânicas de CdS aos pigmentos fúngicos obteve melhores resultados de absorção de luz quando comparada às duas outras técnicas aplicadas. Isso se deve à ampliação do espectro de absorção da luz do Sol proporcionada pela hibridização da estrutura pontos quânticos e pigmentos fúngicos.

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A teoria da Relatividade Geral (RG) descreve a interação gravitacional de maneira bastante satisfatória até em níveis cosmológicos, com impressionante concordância com observações experimentais. Todavia, ela apresenta alguns problemas na descrição de alguns fenômenos gravitacionais, principalmente no que concerne à formação de estruturas em nosso universo, presença de singularidades, descrição e interpretação de alguns constituintes, dentre outros. A fim de sanar essas dificuldades, teorias alternativas têm sido propostas nas últimas décadas, em geral modificações mínimas da teoria de Einstein. Em particular, a descrição de fenômenos gravitacionais a partir de geometrias alternativas a geometria riemanniana têm recebido grande atenção. Ao invés do formalismo ser construído em termos da geometria riemanniana e do tensor de curvatura, é possível desenvolver modelos análogos à relatividade geral em termos da geometria de Weitzenböck e do tensor de torção, conhecida como teoria teleparalela, ou ainda em termos da geometria de Weyl e do tensor de não-metricidade, cujo modelo é conhecido como teoria teleparalela simétrica. Esses dois modelos podem ser formulados a partir de uma teoria de gauge, cujo grupo de simetria é o grupo de translações, o que garante uma grande diferença no desenvolvimento formal desses modelos em diversos contextos. Após um grande interesse na análise de modelos envolvendo a torção T, recentemente a teoria alternativa e análoga em termos do tensor de não-metricidade Q tem sido considerada em algumas análises devido a possibilidade de acoplamentos mais gerais do que aqueles do tensor de torção. Desta forma, aproveitamos a possibilidade de explorar novos fenômenos gravitacionais no contexto da teoria teleparalela simétrica neste trabalho. Portanto, neste trabalho revisamos os principais pontos envolvendo a descrição do universo em relação a alguns fenômenos cosmológicos, e a aplicação do modelo f(Q) na descrição do fenômeno de “Big Bounce”.

A teoria da Relatividade Geral tem sido confirmada experimentalmente por diversos resultados desde a sua proposta em 1915. No entanto, sabe-se que esta teoria tem seu limite de validade, não sendo aplicada a escalas de comprimento muito pequenas e tempos iniciais do universo e não fornece uma explicação para a expansão acelerada do universo. Ainda não há uma interpretação satisfatória para a origem da constante cosmológica nas equações de campo, que descrevem esta expansão acelerada no modelo cosmológico $\Lambda CDM$. Apesar deste modelo ser o mais aceito atualmente, é necessário postular a existência de energia escura para que os resultados experimentais estejam de acordo com o previsto pela Relatividade Geral. Devido a estas e outras questões em aberto, diversas teorias têm sido propostas para modificar minimamente a teoria gravitacional de Einstein, como por exemplo, teorias $f(R)$, teorias que não obedecem a condição de metricidade e teorias não locais. Neste trabalho discutiremos os conceitos físicos e matemáticos fundamentais da gravitação e cosmologia, baseados na Relatividade Geral. Apresentaremos o conceito de não localidade em teorias físicas por meio de exemplos da mecânica quântica, eletrodinâmica e uma discussão sobre gravitação não local. Apresentaremos também uma discussão sobre operadores não locais e se o princípio de causalidade é violado pela presença de termos não locais em uma ação efetiva quântica. Discutiremos o modelo de gravidade não local de Deser-Woodard, que modifica minimamente a ação de Einstein-Hilbert por meio de termos não locais inspirados por correções quânticas da ação efetiva. Este modelo foi proposto em 2019 com o objetivo de explicar a expansão acelerada do universo, sem a necessidade de introduzir a constante cosmológica na ação. Analisaremos as soluções perturbativas deste modelo, as quais permitem uma comparação dos resultados teóricos com dados experimentais, para a constante gravitacional de Newton efetiva e para a taxa de crescimento de estruturas $f\sigma_8$. Aplicaremos o modelo de Deser-Woodard para a descrição do universo com ricochete (\textit{bouncing}) obtendo soluções exatas e numéricas para os campos auxiliares, que contém a informação não local. O resultado desta análise indica a viabilidade de uma conexão entre o universo com ricochete e o modelo $\Lambda CDM$, feita com base na cosmologia não local.