Modulated Rashba interaction in a quantum wire: Spin and charge dynamics

It was recently shown that a spatially modulated Rashba spin-orbit coupling in a quantum wire drives a transition from a metallic to an insulating state when the wave number of the modulation becomes commensurate with the Fermi wave length of the electrons in the wire. It was suggested that the effect may be put to practical use in a future spin transistor design. In the present article we revisit the problem and present a detailed analysis of the underlying physics. First, we explore how the build-up of charge density wave correlations in the quantum wire due to the periodic gate configuration that produces the Rashba modulation influences the transition to the insulating state. The interplay between the modulations of the charge density and that of the spin-orbit coupling turns out to be quite subtle: Depending on the relative phase between the two modulations, the joint action of the Rashba interaction and charge density wave correlations may either enhance or reduce the Rashba current blockade effect. Secondly, we inquire about the role of the Dresselhaus spin-orbit coupling that is generically present in a quantum wire embedded in semiconductor heterostructure. While the Dresselhaus coupling is found to work against the current blockade of the insulating state, the effect is small in most materials. Using an effective field theory approach, we also carry out an analysis of effects from electron- electron interactions, and show how the single-particle gap in the insulating state can be extracted from the more easily accessible collective charge and spin excitation thresholds. The smallness of the single-particle gap together with the anti-phase relation between the Rashba and chemical potential modulations pose serious difficulties for realizing a Rashba-controlled current switch in an InAs-based device. Some alternative designs are discussed.Comment: 20 pages, 6 figure

MIMOPack: A High Performance Computing Library for MIMO Communication Systems

[EN] Nowadays, several communication standards are emerging and evolving, searching higher transmission rates, reliability and coverage. This expansion is primarily driven by the continued increase in consumption of mobile multimedia services due to the emergence of new handheld devices such as smartphones and tablets. One of the most significant techniques employed to meet these demands is the use of multiple transmit and receive antennas, known as MIMO systems. The use of this technology allows to increase the transmission rate and the quality of the transmission through the use of multiple antennas at the transmitter and receiver sides. MIMO technologies have become an essential key in several wireless standards such as WLAN, WiMAX and LTE. These technologies will be incorporated also in future standards, therefore is expected in the coming years a great deal of research in this field. Clearly, the study of MIMO systems is critical in the current investigation, however the problems that arise from this technology are very complex. High Performance Computing (HPC) systems, and specifically, modern hardware architectures as multi-core and many-cores (e.g Graphics Processing Units (GPU)) are playing a key role in the development of efficient and low-complexity algorithms for MIMO transmissions. Proof of this is that the number of scientific contributions and research projects related to its use has increased in the last years. Also, some high performance libraries have been implemented as tools for researchers involved in the development of future communication standards. Two of the most popular libraries are: IT++ that is a library based on the use of some optimized libraries for multi-core processors and the Communications System Toolbox designed for use with MATLAB, which uses GPU computing. However, there is not a library able to run on a heterogeneous platform using all the available resources. In view of the high computational requirements in MIMO application research and the shortage of tools able to satisfy them, we have made a special effort to develop a library to ease the development of adaptable parallel applications in accordance with the different architectures of the executing platform. The library, called MIMOPack, aims to implement efficiently using parallel computing, a set of functions to perform some of the critical stages of MIMO communication systems simulation. The main contribution of the thesis is the implementation of efficient Hard and Soft output detectors, since the detection stage is considered the most complex part of the communication process. These detectors are highly configurable and many of them include preprocessing techniques that reduce the computational cost and increase the performance. The proposed library shows three important features: portability, efficiency and easy of use. Current realease allows GPUs and multi-core computation, or even simultaneously, since it is designed to use on heterogeneous machines. The interface of the functions are common to all environments in order to simplify the use of the library. Moreover, some of the functions are callable from MATLAB increasing the portability of developed codes between different computing environments. According to the library design and the performance assessment, we consider that MIMOPack may facilitate industrial and academic researchers the implementation of scientific codes without having to know different programming languages and machine architectures. This will allow to include more complex algorithms in their simulations and obtain their results faster. This is particularly important in the industry, since the manufacturers work to analyze and to propose their own technologies with the aim that it will be approved as a standard. Thus allowing to enforce their intellectual property rights over their competitors, who should obtain the corresponding licenses to include these technologies into their products.[ES] En la actualidad varios estándares de comunicación están surgiendo buscando velocidades de transmisión más altas y mayor fiabilidad. Esta expansión está impulsada por el aumento en el consumo de servicios multimedia debido a la aparición de nuevos dispositivos como los smartphones y las tabletas. Una de las técnicas empleadas más importantes es el uso de múltiples antenas de transmisión y recepción, conocida como sistemas MIMO, que permite aumentar la velocidad y la calidad de la transmisión. Las tecnologías MIMO se han convertido en una parte esencial en diferentes estándares tales como WLAN, WiMAX y LTE. Estas tecnologías se incorporarán también en futuros estándares, por lo tanto, se espera en los próximos años una gran cantidad de investigación en este campo. Está claro que el estudio de los sistemas MIMO es crítico en la investigación actual, sin embargo los problemas que surgen de esta tecnología son muy complejos. La sistemas de computación de alto rendimiento, y en concreto, las arquitecturas hardware actuales como multi-core y many-core (p. ej. GPUs) están jugando un papel clave en el desarrollo de algoritmos eficientes y de baja complejidad en las transmisiones MIMO. Prueba de ello es que el número de contribuciones científicas y proyectos de investigación relacionados con su uso se han incrementado en el últimos años. Algunas librerías de alto rendimiento se están utilizando como herramientas por investigadores en el desarrollo de futuros estándares. Dos de las librerías más destacadas son: IT++ que se basa en el uso de distintas librerías optimizadas para procesadores multi-core y el paquete Communications System Toolbox diseñada para su uso con MATLAB, que utiliza computación con GPU. Sin embargo, no hay una biblioteca capaz de ejecutarse en una plataforma heterogénea. En vista de los altos requisitos computacionales en la investigación MIMO y la escasez de herramientas capaces de satisfacerlos, hemos implementado una librería que facilita el desarrollo de aplicaciones paralelas adaptables de acuerdo con las diferentes arquitecturas de la plataforma de ejecución. La librería, llamada MIMOPack, implementa de manera eficiente un conjunto de funciones para llevar a cabo algunas de las etapas críticas en la simulación de un sistema de comunicación MIMO. La principal aportación de la tesis es la implementación de detectores eficientes de salida Hard y Soft, ya que la etapa de detección es considerada la parte más compleja en el proceso de comunicación. Estos detectores son altamente configurables y muchos de ellos incluyen técnicas de preprocesamiento que reducen el coste computacional y aumentan el rendimiento. La librería propuesta tiene tres características importantes: la portabilidad, la eficiencia y facilidad de uso. La versión actual permite computación en GPU y multi-core, incluso simultáneamente, ya que está diseñada para ser utilizada sobre plataformas heterogéneas que explotan toda la capacidad computacional. Para facilitar el uso de la biblioteca, las interfaces de las funciones son comunes para todas las arquitecturas. Algunas de las funciones se pueden llamar desde MATLAB aumentando la portabilidad de códigos desarrollados entre los diferentes entornos. De acuerdo con el diseño de la biblioteca y la evaluación del rendimiento, consideramos que MIMOPack puede facilitar la implementación de códigos sin tener que saber programar con diferentes lenguajes y arquitecturas. MIMOPack permitirá incluir algoritmos más complejos en las simulaciones y obtener los resultados más rápidamente. Esto es particularmente importante en la industria, ya que los fabricantes trabajan para proponer sus propias tecnologías lo antes posible con el objetivo de que sean aprobadas como un estándar. De este modo, los fabricantes pueden hacer valer sus derechos de propiedad intelectual frente a sus competidores, quienes luego deben obtener las correspon[CA] En l'actualitat diversos estàndards de comunicació estan sorgint i evolucionant cercant velocitats de transmissió més altes i major fiabilitat. Aquesta expansió, està impulsada pel continu augment en el consum de serveis multimèdia a causa de l'aparició de nous dispositius portàtils com els smartphones i les tablets. Una de les tècniques més importants és l'ús de múltiples antenes de transmissió i recepció (MIMO) que permet augmentar la velocitat de transmissió i la qualitat de transmissió. Les tecnologies MIMO s'han convertit en una part essencial en diferents estàndards inalàmbrics, tals com WLAN, WiMAX i LTE. Aquestes tecnologies s'incorporaran també en futurs estàndards, per tant, s'espera en els pròxims anys una gran quantitat d'investigació en aquest camp. L'estudi dels sistemes MIMO és crític en la recerca actual, no obstant açó, els problemes que sorgeixen d'aquesta tecnologia són molt complexos. Els sistemes de computació d'alt rendiment com els multi-core i many-core (p. ej. GPUs)), estan jugant un paper clau en el desenvolupament d'algoritmes eficients i de baixa complexitat en les transmissions MIMO. Prova d'açò és que el nombre de contribucions científiques i projectes d'investigació relacionats amb el seu ús s'han incrementat en els últims anys. Algunes llibreries d'alt rendiment estan utilitzant-se com a eines per investigadors involucrats en el desenvolupament de futurs estàndards. Dos de les llibreries més destacades són: IT++ que és una llibreria basada en lús de diferents llibreries optimitzades per a processadors multi-core i el paquet Communications System Toolbox dissenyat per al seu ús amb MATLAB, que utilitza computació amb GPU. No obstant açò, no hi ha una biblioteca capaç d'executar-se en una plataforma heterogènia. Degut als alts requisits computacionals en la investigació MIMO i l'escacès d'eines capaces de satisfer-los, hem implementat una llibreria que facilita el desenvolupament d'aplicacions paral·leles adaptables d'acord amb les diferentes arquitectures de la plataforma d'ejecució. La llibreria, anomenada MIMOPack, implementa de manera eficient, un conjunt de funcions per dur a terme algunes de les etapes crítiques en la simulació d'un sistema de comunicació MIMO. La principal aportació de la tesi és la implementació de detectors eficients d'exida Hard i Soft, ja que l'etapa de detecció és considerada la part més complexa en el procés de comunicació. Estos detectors són altament configurables i molts d'ells inclouen tècniques de preprocessament que redueixen el cost computacional i augmenten el rendiment. La llibreria proposta té tres característiques importants: la portabilitat, l'eficiència i la facilitat d'ús. La versió actual permet computació en GPU i multi-core, fins i tot simultàniament, ja que està dissenyada per a ser utilitzada sobre plataformes heterogènies que exploten tota la capacitat computacional. Amb el fi de simplificar l'ús de la biblioteca, les interfaces de les funcions són comunes per a totes les arquitectures. Algunes de les funcions poden ser utilitzades des de MATLAB augmentant la portabilitat de còdics desenvolupats entre els diferentes entorns. D'acord amb el disseny de la biblioteca i l'evaluació del rendiment, considerem que MIMOPack pot facilitar la implementació de còdics a investigadors sense haver de saber programar amb diferents llenguatges i arquitectures. MIMOPack permetrà incloure algoritmes més complexos en les seues simulacions i obtindre els seus resultats més ràpid. Açò és particularment important en la industria, ja que els fabricants treballen per a proposar les seues pròpies tecnologies el més prompte possible amb l'objectiu que siguen aprovades com un estàndard. D'aquesta menera, els fabricants podran fer valdre els seus drets de propietat intel·lectual enfront dels seus competidors, els qui després han d'obtenir les corresponents llicències si voleRamiro Sánchez, C. (2015). MIMOPack: A High Performance Computing Library for MIMO Communication Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53930TESISPremios Extraordinarios de tesis doctorale

Ouachita College Catalogue 1934-1935

https://scholarlycommons.obu.edu/catalogs/1059/thumbnail.jp

Ouachita College Catalogue 1935-1936

https://scholarlycommons.obu.edu/catalogs/1082/thumbnail.jp

New contributions to algorithms and tools for the analysis of photometric and spectroscopic time-series in exoplanet searches

[eng] The current trend in exoplanet research focuses on the detection and characterisation of Earth-sized planets, and the study of their potential subtle and tenuous atmospheres. The aim of this thesis is the development of tools and simulation codes for the detection and characterisation of exoplanets by means of the indirect methods of radial velocities and transits. The structure of the thesis is two-fold. Firstly, we present a multidimensional extension to the well-known period search GLS code, which we dub MGLS (Multidimensional Generalized Lomb-Scargle periodogram). The analysis of a time-series periodogram of radial velocity data is the usual starting point to seek for periodic signals which then can be associated with the reflex Keplerian motion of a star caused by orbiting exoplanets. In the case of multiplanetary systems such analysis is usually carried out in an iterative fashion, known as prewhitening. This approach can diminish the significance and distort the parameters of periodic signals, and we aim to solve those limitations by introducing a multidimensional approach. Additionally, a robust criterion to determine the number of signals (dimensionality) in a time-series is presented. The new approach is more flexible and enhances the significance of multisignal detections and their multiplicity. It is further better capable to pinpoint the fit parameters and is able to compare models of different dimensionality. The MGLS code has been tested with real multiplanetary systems, showing its excellent performance in detectability. The code is publicly available to the community. The second part addresses the effects of rotationally-induced stellar activity on the photometric and spectroscopic observables. The properties, distribution, and evolution of inhomogeneities on the surface of active stars, such as dark spots and bright faculae, significantly influence the determination of the parameters of an orbiting exoplanet. The chromatic effect they have on transmission spectroscopy, for example, could affect the analysis of data from future space missions such as James Webb Space Telescope (JWST) and Ariel. To quantify and mitigate the effects of those surface phenomena, we developed a fast modelling approach to derive the surface distribution and properties of active regions by modelling simultaneous multi-wavelength time-series observables. We present an upgraded version of the StarSim code, now featuring the capability to solve the inverse problem and derive the properties of the stars and their active regions by modelling time-series data. The multiband photometric inverse problem is both analytically and numerically discussed, as well as a broad analysis of the degeneracies found in the inversion process. As a test case, we analyse a BVRI multiband ground photometry dataset of the exoplanet host star WASP-52. From the results, we further simulated the chromatic contribution of surface phenomena on the observables of its transiting planet. We demonstrate that by using contemporaneous ground-based multiband photometry of an active star, it is possible to reconstruct the parameters and distribution of active regions over time, thus making it feasible to quantify the chromatic effects on the planetary radii measured with transit spectroscopy and mitigate them by about an order of magnitude. The obtained results show it is possible to accurately characterise the heterogeneous stellar surface up to a precision of a few parts in 10^5 and validate the scientific case of space missions like Ariel, designed for exoplanetary transmission spectroscopy.[cat] L'interès actual en la recerca en exoplanetes rau en la detecció de planetes cada cop més petits on els senyals són estadísticament poc significatius, particularment en l'estudi de les seves atmosferes. La tesi té com a objectiu el disseny i desenvolupament d'eines i codis sofisticats per a la detecció i caracterització de les propietats d'exoplanetes mitjançant l'ús de les tècniques de velocitat radial i trànsits, i es compon de dues parts diferenciades: la primera, tracta la generalització d'una eina de detecció de periodicitats molt popular en aquest camp (GLS). S'ha desenvolupat una versió multidimensional, que anomenem MGLS (Multidimensional Generalized Lomb-Scargle periodogram), que permet l'ajust simultani d'un nombre arbitrari de senyals, de manera que millora notablement la detectabilitat de senyals compostos, i evita els problemes derivats del filtratge quan es fa servir el procediment seqüencial, com falsos positius/negatius. Addicionalment es presenta un procediment robust per a la determinació del nombre de senyals (dimensionalitat). La segona part, tracta els efectes de l'activitat estel·lar sobre les mesures de velocitat radial i fotometria. L'activitat magnètica superficial en forma de taques i fàcules constitueix superfícies heterogènies, que amb la rotació de l'estrella, produeixen variacions d'intensitat i cromàtiques en els observables. S'ha desenvolupat un codi ràpid per a la modelització física de l'activitat induïda per rotació de taques, prenent com a base una versió de codi preexistent. En la versió StarSim 2, permet dur a terme el problema invers per determinar l'estat de la superfície més probable donades unes observacions fotomètriques. També es desenvolupa una formulació analítica per al problema invers multibanda i s'analitzen detalladament les degeneracions existents en el problema. L'esquema d'inversió i el codi s'aplica a un conjunt de dades multifiltre (BVRI) de l'estrella WASP-52, i es simulen els efectes cromàtics del model d'activitat ajustat sobre els seus trànsits, com procedir per corregir-los per assolir una precisió d'unes poques parts en cent mil, i per tant validar el cas científic que sustenta la missió Ariel per a l'anàlisi d'atmosferes exoplanetàries per espectroscòpia de transmissió

The Telecommunications and Data Acquisition Report

This quarterly publication provides archival reports on developments in programs managed by JPL's Office of Telecommunications and Data Acquisition (TDA). In space communications, radio navigation, radio science, and ground-based radio and radar astronomy, it reports on activities of the Deep Space Network (DSN) in planning, supporting research and technology, implementation, and operations. Also included are standards activity at JPL for space data and information systems and reimbursable DSN work performed for other space agencies through NASA

Modeling complex cellular systems: from differential equations to constraint-based models

In the beginning of the 20th century, scientists realized the necessity of purifying enzymes to unravel their mechanistic nature. A century and tremendous progresses in the natural sciences later, molecular and systems biology became fundamental pillars of modern biology. Moreover, natural scientists developed an increasing interest in theoretical models. In the first part of my thesis, I present my contribution to the field of studying the dynamics of biological phenomena. I present fundamental issues arising, when neglecting substrate inhibition in kinetic modeling. Furthermore, I describe a model that considers experimental data to simulate the transition of normal proliferating into cellular senescent cells. Since large-scaled models are more comprehensive, they commonly prohibit a mechanistic modeling approach. In order to analyze such models, nevertheless, constraint-based methods proved to be suitable tools. In the second part of my thesis, I contribute three studies to constraint-based modeling. I describe the established concept of elementary flux modes, which resemble non-decomposable and theoretically feasible pathways of metabolic networks. Subsequently, I present the analysis of the nitrogen metabolism network of Chlamydomonas reinhardtii with respect to circadian regulation, which gives rise to about three million elementary flux modes. In the last study, I present a comprehensive work on metabolic costs of amino acid and protein production in Escherichia coli. These costs were manually calculated as well as based on a flux balance analysis of an E. coli genome-scale metabolic model. Both approaches, either dynamic or constraint-based modeling, proved to be suitable strategies to describe biological processes at different levels. Whereas dynamic modeling allowed for a precise description of the temporal behavior of biological species, constraint-based modeling enabled studies, where the complexity of the investigated phenomena prohibits kinetic modeling

Taylor University Catalog 1926

The 1926 academic catalog of Taylor University in Upland, Indiana.https://pillars.taylor.edu/catalogs/1064/thumbnail.jp