Ce travail de thèse est d’utilisation de nanotubes de carbon (NTCs) comme support pour confiner de nanoparticules métalliques ou comme gabarit pour le confinement de la phase active. Le chapitre I présente l’état actuel des connaissances sur les effets de confinement dans les NTCs. Le chapitre II décrit la préparation et la caractérisation de catalyseurs métalliques à base de ruthénium, de cobalt et de palladium, confinées à l’intérieur de NTCs. Dans ce cadre, l’étude de l’influence de différents paramètres tels que les conditions opératoires, la nature du métal ou du précurseur, ou un prétraitement du support NTC, sur la sélectivité du confinement est présentée. Le chapitre III comporte deux parties : l’une est consacrée à l’utilisation de NTCs comme gabarit pour la synthèse de nanotubes de silice (NTSs, en présence ou non de particules de ruthénium confinées dans leur canal). L’autre partie concerne l’immobilisation du catalyseur (complexe métallique de rhodium) dans une phase liquide ionique comme phase catalytique active avant le remplissage dans les NTCs. Le chapitre IV concerne l’application tous les systèmes catalytiques à base de catalyseurs confinés à l’intérieur de nanotubes dans les réactions d’hydrogénation du cinnamaldéhyde et du 1-hexène. L’effet de confinement sur les performances catalytiques est présenté. / This thesis is refer of carbon nanotubes (CNTs) as a support to confine metal nanoparticles or as a template for the confinement of the active phase. Chapter I give a comprehensive review of the state of knowledge on the effects of confinement in CNTs. Chapter II describes the preparation and characterization of the metals (ruthenium, palladium and cobalt) confined inside CNTs catalysts. In this context, the study of the influence of various parameters such as operating conditions, nature of the metal or precursor or nanosupport pretreatment, on the selectivity of confinement is presented. Chapter III consists of two parts: one is devoted to the using of CNTs as a template for the synthesis of silica nanotubes (SNTs in the presence or absence of ruthenium particles confined in their channel). The other part is the immobilization of the catalyst (rhodium metallic complex) in an ionic liquid phase as active catalytic phase before filling in CNTs. Chapter IV concernes the application all catalyst-filled CNTs systems in the hydrogenation of cinnamaldehyde and 1-hexene reaction. The confinement effect on the catalytic performance is presented.

O trabalho em questão mostra a possibilidade de produção de guias de onda por meio de filme finos de GeO2-PbO codopados com Tm3+/Yb3+, com e sem nanopartículas (NPs) de ouro, a partir da técnica de RF Magnetron Sputtering. Foram usados nos processos de fabricação dos guias de onda do tipo RIB e PEDESTAL, as mesmas técnicas empregadas na fabricação de dispositivos de microeletrônica, tais como, litografia e corrosão por plasma. A influência dos parâmetros dos processos de produção é reportada e a caracterização dos guias foi realizada por diversas técnicas. Dentre elas, destacamos a microscopia eletrônica de varredura (MEV) para a observação do perfil dos guias, as rugosidades de superfície e as espessuras das camadas utilizadas para a confecção dos mesmos. Medidas de transmitância óptica realizadas nos filmes permitiram a determinação do coeficiente de absorção óptica e do índice de refração, de aproximadamente 2,0, além da confirmação das espessuras dos filmes obtidos por Sputtering. Guias do tipo RIB foram descartados por dificuldades enfrentadas durante o processo de fabricação. Medidas ópticas de perdas por propagação, realizadas em guias do tipo PEDESTAL, mostraram que os melhores guias produzidos apresentaram perdas em torno de 5 dB/cm em 633 e 1050 nm, e medidas de perfil de campo próximo, além da simulação dos modos propagados, o comportamento de guiamento multímodo. Ganho óptico em torno de 13,5 dB/cm (em 805 nm) foi obtido em guia com largura de 30 ?m e potência de bombeio estimada de ~75 mW. Guias contendo NPs de ouro foram produzidos por meio de metodologia adequada que permitiu a nucleação das NPs (tamanho médio de 20 nm) e um ganho 22 dB/cm em 805 nm, portanto, duas vezes superior ao mesmo guia sem NPs (30 ?m de largura). Os resultados apresentados demonstram que guias de onda GeO2-PbO codopados com Tm3+/Yb3+, com ou sem NPs metálicas, são promissores para aplicações em dispositivos fotônicos, com a criação de dispositivos amplificadores integrados para operação na 1° janela de telecomunicações. / The work in question shows the possibility of producing waveguides by means of Tm3+/Yb3+ codoped GeO2-PbO thin films, with or without gold nanoparticles (NPs), by using the RF Magnetron Sputtering technique. For the production of RIB and PEDESTAL type waveguides, the techniques employed in the manufacture of microelectronics devices, such as plasma etching and lithography, were employed. The influences of the production process parameters are reported and the waveguides characterization was performed by several techniques. Among them, we highlight the scanning electron microscopy (SEM), which was used to observe the profile of the waveguides, the surface roughness and thickness of the layers used for their production. Measurements of thin films optical transmittance allowed the determination of the optical absorption coefficient and refractive index of approximately 2.0, and also the confirmation of the thin films thicknesses obtained by Sputtering. RIB type waveguides were discarded due to the difficulties during the manufacturing process. Optical measurements of propagation losses, held in the PEDESTAL type guides, showed losses around 5 dB/cm at 633 and 1050 nm, for the best waveguides produced, and near-field profile measurements in addition to the simulation of the propagating modes, showed multimode coupling behavior. Optical internal gain around 13.5 dB/cm (at 805 nm) was obtained in waveguide with 30 µm width at ~75 mW estimated power pumping. Waveguide containing gold NPs were produced using adequate methodology that allowed the NPs nucleation (average size of 20 nm) and 22 dB/cm gain at 805 nm, therefore, twice higher than the value obtained for the same waveguide without NPs (30 ?m width). These results show that Tm3+/Yb3+ codoped GeO2-PbO waveguides, with or without metallic NPs, are promising for applications in photonic devices, with the creation of integrated amplifiers devices for operation in the first telecommunications window.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-PbO (GP) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (INPS) metálicas e codopados com íons de Er³+/Yb³+ para a produção de amplificadores ópticos. A incorporação dos íons de terras-raras (TR) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Estudos relacionados ao tempo de decaimento radiativo do Er³+ também foram conduzidos. A susceptibilidade óptica não-linear de terceira ordem é reportada em 532 e 800nm. Os valores de índice de refração e absorção não-linear na presença de NPs metálicas é mais do que uma ordem de grandeza superior aos mesmos filmes sem as NPs metálicas. A produção de guias de onda do tipo rib e do tipo pedestal baseados nos filmes GP foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma. A influência dos parâmetros dos processos usados em função das características dos guias também é reportada. Os guias ópticos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM) e por medidas de perdas de propagação e ganho óptico. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,0dB/cm nos guias rib e de ~1,5dB/cm para os guias pedestal em 1050 nm. O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er³+/Yb³+ também foram obtidos. Ganhos de até 3,0dB/cm em 1530nm, sob bombeamento em 980nm foi obtido para os guias rib e de 4,0dB/cm para os guias tipo pedestal. A influência de um filme nanoestruturado de ouro depositado sobre os guias de onda foi avaliada. Aumentos na luminescência dos íons de Er³+, sob bombeamento em 980nm, de 260% na região do visível e de ~30% na região do infravermelho foram observados. O ganho óptico apresentado pelos guias rib também sofreu um aumento máximo de ~100% na presença de NPs metálicas. Guias de onda fabricados a partir da escrita por laser de femtosegundos também são estudadas em um vidro de GeO2-PbO-Ga2O3 dopadas com Er2O3. A mudança permanente do índice de refração foi obtida após o processo de escrita e guias de onda foram obtidas sob diferentes energias de pulso do laser e velocidades de varredura. O valor mínimo de perda por propagação foi de 4,8dB/cm em 1535nm. O valor de ganho óptico máximo apresentado foi de 2,7 dB/cm em 1535nm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseadas em germanatos, com ou sem NPs metálicas, são promissoras para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work aims to study the production and characterization of GeO2-PbO (GP) thin films produced by RF-sputtering with and without metallic nanoparticles (NPs) and codoped with Er³+/Yb³+ ions for the production of optical amplifiers. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Studies related to the Er³+ radiative decay time were also performed. The third order optical nonlinear susceptibility at 532 and 800nm is reported. The nonlinear refractive index and absorption values in the presence of metallic NPs is more than one order of magnitude higher than in the films without metallic NPs. Rib and pedestal waveguides were obtained from GP thin films with optical lithography followed by reactive ion etching process. The influence of the process parameters on the waveguides characteristics is also reported. Waveguides were characterized with Scanning Electron Microscope, Atomic Force Microscope and by propagation loss and optical gain measurements. Minimum observed losses were ~1.0dB/cm for rib waveguides and ~1.5dB/cm for pedestal waveguides. Optical gain in the codoped Er³+/Yb³+ waveguide amplifiers was also obtained. The maximum optical gain in 1530nm, under 980nm pumping was 3.0dB/cm for rib waveguides and 4.0dB/cm for pedestal waveguides. The influence of a nanostructured gold thin film deposited over the waveguides was evaluated. Er³+ ions luminescence enhancement of 260% in the visible region and ~30% in the infrared region was observed, under 980 nm pumping. Optical gain was also ~100% higher in rib waveguides in the presence of gold thin film. Waveguides fabricated from direct fs laser writing are also studied, in an Er2O3 doped GeO2-PbO-Ga2O3 glass. Permanent refractive index change was obtained and waveguides were formed under different laser pulse energies and scan velocities. The minimum value of propagation loss was 4.8dB/cm at 1535nm. The sample showed a maximum optical amplification of 2.7dB/cm at 1535nm. The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without metallic NPs are promising for applications in photonic devices.

Neste trabalho são apresentadas a preparação, a metodologia adotada para a nucleação de nanopartículas (NPs) de prata e a investigação das propriedades luminescentes do sistema vítreo GeO2-PbO dopado com íons de túlio e codopado com íons de túlio e itérbio, na presença de NPs de prata, visando aplicação em dispositivos fotônicos. Este sistema vítreo apresenta uma larga janela de transmissão (400 4500 nm) quando comparado aos silicatos, boratos e fosfatos, alto índice de refração (2,0), baixas energia de fônon (700 cm-1), alta resistência mecânica e durabilidade química. Com a finalidade de se obter maior controle sobre o processo de nucleação das NPs, realizaram-se tratamentos térmicos de várias formas, variando-se principalmente as grandezas tempo e temperatura. A partir da Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), a presença das NPs no material vítreo pôde ser confirmada, e pelas análises de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS Energy Dispersive Spectroscopy), determinamos que as NPs possuem em sua composição prata, podendo elas serem puramente metálicas, e em alguns casos, compostas de prata e elementos da matriz. As medidas de absorção evidenciaram a incorporação dos íons Tm3+ e Yb3+ na forma trivalente, e a presença das bandas de absorção associadas à Ressonância dos Plasmons Superficiais (RPS) da prata, localizadas no intervalo de 420 a 550 nm. Foram medidas as bandas associadas à conversão ascendente (CA) do Tm3+ em 480, 650 e 800 nm, devidas às transições 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, tratadas a 420 °C, não foi observada a banda de RPS da prata. Entretanto, um aumento na luminescência foi verificado, assim como a presença das NPs por MET. No caso das amostras tratadas por intervalos de tempo contínuos e não-contínuos, observamos a tendência de formação de NPs menores, maiores e agregados, e maior tendência de aumento da luminescência para o segundo caso; no caso da variação da temperatura, observamos a formação da banda de RPS da prata para tratamentos superiores a 500 °C realizados em curto intervalo de tempo, e um aumento considerável da luminescência. As variações no processo de nucleação das NPs foram relacionadas às formas de tratamento adotadas. O estudo da variação da intensidade de luminescência em função da potência do laser de excitação mostrou que as NPs não interferem nos processos de CA dos íons Tm3+. Desta forma, o aumento da luminescência foi atribuído ao aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras (TRs). Portanto, o desenvolvimento de um método adequado de tratamento térmico desempenha um papel fundamental no processo de nucleação das NPs, e pode permitir um aumento considerável da luminescência proveniente dos íons de TRs, e conferir novas propriedades aos materiais e aplicações em dispositivos fotônicos. / This work presents the preparation and the methodology used for the nucleation of silver nanoparticles (NPs), and the investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 glass system doped with thulium ions and codoped with thulium and ytterbium ions, in the presence of NPs silver, for application in photonic devices. This glass system presents a large transmission window (400 4500 nm) when compared to silicates, borates and phosphates, high refractive index (2.0), low phonon energy (700 cm-1), high mechanical strength and chemical durability. In order to obtain greater control over the process of nucleation of NPs, different processes were used for the heat-treatment, varying mainly the time and the temperature. From the transmission electron microscopy (TEM), the presence of NPs in the glassy material could be confirmed, and from Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis, it was determined that the NPs have silver in their composition. The NPs may be purely metallic and, in some cases, composed by silver and elements of the matrix glass. Optical Absorption measurements showed the incorporation of Tm3+ and Yb3+ ions in the trivalent form, and the presence of absorption bands related to the Surface Plasmon Resonance (SPR) of silver, located in the range of 420 to 550 nm. Bands associated to Tm3+ upconversion (UPC) frequency centered around 480, 650 and 800 nm were observed due to transitions 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectively. The SPR of silver NPs were not observed for the samples heat-treated at 420 °C, which contained silver NPs in their composition. However, an increase in the luminescence was observed and the presence of NPs was confirmed by TEM analyses. For the samples heat-treated by continuous and non-continuous time intervals, we observed the tendency of the formation of smaller, larger and aggregated NPs, and a higher tendency of enhancement of the luminescence for the second case. For the samples heat-treated at different temperatures in short time interval, we observed the formation of the SPR band for temperatures higher than 500 °C, and a considerable increase in the luminescence. Variations in the process of NPs nucleation were related to the different heat-treatments adopted. The study of the luminescence intensity variation as function of the laser power excitation showed that the NPs do not interfere in the Tm3+ UPC luminescence processes. Thus, the enhancement in the luminescence was attributed to local field enhancement in the proximities of rare-earth ions (REIs). Therefore, the development of an appropriate method of heat-treatment plays an important role in the process of NPs nucleation, and enables a considerable increase in the luminescence from the REIs, and gives new properties to materials which are of great interest for applications in photonic devices.

Este trabalho tem como objetivo a produção e caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro para aplicações em microeletrônica. Filmes finos foram produzidos por magnetron sputtering a partir de alvos de telureto cerâmico e de ouro metálico. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas de ouro por meio de tratamento térmico. Foram nucleadas nanopartículas de ouro a fim de que fossem observadas as influências nas propriedades elétricas. Os filmes foram depositados sobre substrato de silício e, para as medidas elétricas, ilhas de alumínio foram depositadas sobre o filme, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, deposição por sputtering e evaporação. Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio aproximado entre 1,5 e 5 nm. Outras técnicas de caracterização usadas foram microscopia de força atômica, perfilometria e extração de curvas da capacitância e condutância em função da tensão. Foram produzidos filmes com diversas espessuras com e sem nanopartículas de ouro. Por meio das medidas de capacitância em função da tensão foi possível determinar a influência das nanopartículas metálicas na constante dielétrica (k). Os resultados obtidos mostram aumento do valor de k de aproximadamente 70%, na presença de nanopartículas de ouro. Cabe ressaltar o resultado obtido para os filmes com espessura de 32,8 nm, para os quais o valor da constante dielétrica varia de 9,4 para 12,2, para tratamentos de 10 e 20 h, respectivamente. O material estudado tem possíveis aplicações em microeletrônica como dielétrico em capacitores e transistores MOS, e como camada de passivação em dispositivos de potência. / This work has the objective of production and electrical characterization f tellurite thin films containing gold nanoparticles for microelectronic applications. Thin films have been produced by magnetron sputtering from ceramic tellurite and metallic gold targets. It was developed an appropriate methodology for the gold nanoparticles nucleation by means of heat treatment. Gold nanoparticles were nucleated in order to be observed the influence on the electrical properties. The films were deposited on silicon substrate and, to the electrical measurements, aluminium islands were deposited on the film, using the conventional processes of microelectronics: chemical cleaning, deposition by sputtering and evaporation. With purpose to check the metallic nanoparticles nucleation, transmission electron microscopy measurements were performed and indicated the presence of crystalline metallic nanoparticles, with spherical shape and with average size between 1.5 and 5 nm. Other characterization techniques were used as atomic force microscopy, profilometry and electrical measurements to obtain the capacitance and conductance curves. Films have been produced with different thicknesses with and without gold nanoparticles. From capacitance measurement, it was possible to determine the metallic nanoparticles influence on the dielectric constant (k). The results obtained showed the increase of k of about 70% with the presence of gold nanoparticles. We have to remark the results obtained for thin films with 32.8 nm thickness with k varying from 9.4 to 12.2, for heat treatments during 10 and 20 h, respectively. The material studied has possible applications in microelectronics as high-k dielectrics for capacitors and transistors MOS, and as passivation layer for power devices.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre nanopartículas metálicas, passando brevemente pela Teoria de Maxwell-Garnett do meio efetivo além de ter sido feita uma pequena pesquisa acerca dos trabalhos já existentes nessa área. É apresentada ainda uma proposta de um sensor à fibra óptica baseado no fenômeno da Ressonância Plasmonica de Superfície Localizada, que utiliza essas nanopartículas cujas propriedades ópticas são sensíveis às mudanças das características do meio onde estão imersas. Esse tipo de sensor é uma ferramenta simples e muito eficiente, além de ser de baixo custo financeiro. A descrição deste sensor mostra ainda três processos distintos de fabricação dessas nanopartículas, as configurações utilizadas para a aquisição dos dados experimentais, e a análise dos mesmos, incluindo a simulação computacional feita para o melhor entendimento dos resultados obtidos. / [en] In this work a study about metallic nanoparticles is presented. A brief revision of the Maxwell-Garnett Theory for the effective medium is made, in addition to a bibliographical research concerning the existing works on the topic. A proposal of a fiber optic sensor based in the Localized Surface Plasmon Resonance phenomena using these metallic nanoparticles, whose optic properties are sensible to changes in the medium in which they are immersed, is also made. This kind of sensor is a simple and efficient tool, in addition to also having low financial cost. Three distinct processes for fabrication of these nanoparticles are discussed. The setups used for the acquisition of the experimental data and the analysis of this data, including the computational simulation made to improve the understanding of the obtained results, are also discussed.

Este trabalho tem como objetivo a produção e caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro para aplicações em microeletrônica. Filmes finos foram produzidos por magnetron sputtering a partir de alvos de telureto cerâmico e de ouro metálico. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas de ouro por meio de tratamento térmico. Foram nucleadas nanopartículas de ouro a fim de que fossem observadas as influências nas propriedades elétricas. Os filmes foram depositados sobre substrato de silício e, para as medidas elétricas, ilhas de alumínio foram depositadas sobre o filme, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, deposição por sputtering e evaporação. Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio aproximado entre 1,5 e 5 nm. Outras técnicas de caracterização usadas foram microscopia de força atômica, perfilometria e extração de curvas da capacitância e condutância em função da tensão. Foram produzidos filmes com diversas espessuras com e sem nanopartículas de ouro. Por meio das medidas de capacitância em função da tensão foi possível determinar a influência das nanopartículas metálicas na constante dielétrica (k). Os resultados obtidos mostram aumento do valor de k de aproximadamente 70%, na presença de nanopartículas de ouro. Cabe ressaltar o resultado obtido para os filmes com espessura de 32,8 nm, para os quais o valor da constante dielétrica varia de 9,4 para 12,2, para tratamentos de 10 e 20 h, respectivamente. O material estudado tem possíveis aplicações em microeletrônica como dielétrico em capacitores e transistores MOS, e como camada de passivação em dispositivos de potência. / This work has the objective of production and electrical characterization f tellurite thin films containing gold nanoparticles for microelectronic applications. Thin films have been produced by magnetron sputtering from ceramic tellurite and metallic gold targets. It was developed an appropriate methodology for the gold nanoparticles nucleation by means of heat treatment. Gold nanoparticles were nucleated in order to be observed the influence on the electrical properties. The films were deposited on silicon substrate and, to the electrical measurements, aluminium islands were deposited on the film, using the conventional processes of microelectronics: chemical cleaning, deposition by sputtering and evaporation. With purpose to check the metallic nanoparticles nucleation, transmission electron microscopy measurements were performed and indicated the presence of crystalline metallic nanoparticles, with spherical shape and with average size between 1.5 and 5 nm. Other characterization techniques were used as atomic force microscopy, profilometry and electrical measurements to obtain the capacitance and conductance curves. Films have been produced with different thicknesses with and without gold nanoparticles. From capacitance measurement, it was possible to determine the metallic nanoparticles influence on the dielectric constant (k). The results obtained showed the increase of k of about 70% with the presence of gold nanoparticles. We have to remark the results obtained for thin films with 32.8 nm thickness with k varying from 9.4 to 12.2, for heat treatments during 10 and 20 h, respectively. The material studied has possible applications in microelectronics as high-k dielectrics for capacitors and transistors MOS, and as passivation layer for power devices.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-PbO (GP) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (INPS) metálicas e codopados com íons de Er³+/Yb³+ para a produção de amplificadores ópticos. A incorporação dos íons de terras-raras (TR) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Estudos relacionados ao tempo de decaimento radiativo do Er³+ também foram conduzidos. A susceptibilidade óptica não-linear de terceira ordem é reportada em 532 e 800nm. Os valores de índice de refração e absorção não-linear na presença de NPs metálicas é mais do que uma ordem de grandeza superior aos mesmos filmes sem as NPs metálicas. A produção de guias de onda do tipo rib e do tipo pedestal baseados nos filmes GP foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma. A influência dos parâmetros dos processos usados em função das características dos guias também é reportada. Os guias ópticos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM) e por medidas de perdas de propagação e ganho óptico. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,0dB/cm nos guias rib e de ~1,5dB/cm para os guias pedestal em 1050 nm. O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er³+/Yb³+ também foram obtidos. Ganhos de até 3,0dB/cm em 1530nm, sob bombeamento em 980nm foi obtido para os guias rib e de 4,0dB/cm para os guias tipo pedestal. A influência de um filme nanoestruturado de ouro depositado sobre os guias de onda foi avaliada. Aumentos na luminescência dos íons de Er³+, sob bombeamento em 980nm, de 260% na região do visível e de ~30% na região do infravermelho foram observados. O ganho óptico apresentado pelos guias rib também sofreu um aumento máximo de ~100% na presença de NPs metálicas. Guias de onda fabricados a partir da escrita por laser de femtosegundos também são estudadas em um vidro de GeO2-PbO-Ga2O3 dopadas com Er2O3. A mudança permanente do índice de refração foi obtida após o processo de escrita e guias de onda foram obtidas sob diferentes energias de pulso do laser e velocidades de varredura. O valor mínimo de perda por propagação foi de 4,8dB/cm em 1535nm. O valor de ganho óptico máximo apresentado foi de 2,7 dB/cm em 1535nm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseadas em germanatos, com ou sem NPs metálicas, são promissoras para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work aims to study the production and characterization of GeO2-PbO (GP) thin films produced by RF-sputtering with and without metallic nanoparticles (NPs) and codoped with Er³+/Yb³+ ions for the production of optical amplifiers. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Studies related to the Er³+ radiative decay time were also performed. The third order optical nonlinear susceptibility at 532 and 800nm is reported. The nonlinear refractive index and absorption values in the presence of metallic NPs is more than one order of magnitude higher than in the films without metallic NPs. Rib and pedestal waveguides were obtained from GP thin films with optical lithography followed by reactive ion etching process. The influence of the process parameters on the waveguides characteristics is also reported. Waveguides were characterized with Scanning Electron Microscope, Atomic Force Microscope and by propagation loss and optical gain measurements. Minimum observed losses were ~1.0dB/cm for rib waveguides and ~1.5dB/cm for pedestal waveguides. Optical gain in the codoped Er³+/Yb³+ waveguide amplifiers was also obtained. The maximum optical gain in 1530nm, under 980nm pumping was 3.0dB/cm for rib waveguides and 4.0dB/cm for pedestal waveguides. The influence of a nanostructured gold thin film deposited over the waveguides was evaluated. Er³+ ions luminescence enhancement of 260% in the visible region and ~30% in the infrared region was observed, under 980 nm pumping. Optical gain was also ~100% higher in rib waveguides in the presence of gold thin film. Waveguides fabricated from direct fs laser writing are also studied, in an Er2O3 doped GeO2-PbO-Ga2O3 glass. Permanent refractive index change was obtained and waveguides were formed under different laser pulse energies and scan velocities. The minimum value of propagation loss was 4.8dB/cm at 1535nm. The sample showed a maximum optical amplification of 2.7dB/cm at 1535nm. The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without metallic NPs are promising for applications in photonic devices.

Le but de cette thèse était de déterminer l’impact de deux types de nanoparticules métalliques (sulfure de cadmium – CdS - et or - Au) sur deux organismes aquatiques modèles (vers tubifex et poisson zèbre Danio rerio). L’approche a consisté à doper le sédiment de la Garonne avec les deux types de nanoparticules et caractériser l’effet de cette contamination sur les deux organismes en utilisant plusieurs marqueurs à différents niveaux d'organisation biologique (réponses biochimiques, activité de neurotransmission, génotoxicité, expression génétique et activité de bioturbation). Les effets ont été évalués après exposition aux sédiments contaminés dans des systèmes expérimentaux de types microcosmes durant une vingtaine de jours. Dans un certain nombre de cas, ce travail a révélé un effet des nanoparticules qui n’était pas dû au métal mais aux propriétés nanoparticulaires. En effet, dans le cas des nanoparticules de CdS, nous avons observé des altérations du génome ainsi que la modification de l’activité de bioturbation des vers tubifex en réponse à la contamination aux nanoparticules mais pas à celle de la forme ionique. Dans ce travail nous avons pu observer le relargage des nanoparticules d’or depuis le sédiment vers la colonne d’eau, et sa biodisponibilité potentielle pour les poissons. Ces nanoparticules provoquaient des altérations de l’ADN chez les deux organismes, la modification de l’expression de certains gènes et l’augmentation de l’activité de l’acétylcholinestérase chez le poisson zèbre. Les résultats de bioturbation n’ont pas montré d’effets des nanoparticules d’or sur le mouvement des vers. / The aim of this thesis was to determine the impact of two types of metal nanoparticles (cadmium sulphide - CdS - and gold - Au) on two aquatic models (tubifex worms and zebrafish Danio rerio). The approach has been to dope the Garonne sediment with the two types of nanoparticles and characterize the effect of this contamination on the two animals using multiple markers at different levels of biological organization (biochemical responses, neurotransmission activity, genotoxicity, gene expression and bioturbation activity). The effects were evaluated after exposure to contaminated sediment in experimental microcosms systems for twenty days. In a number of cases this work revealed an effect of the nanoparticles that was not due to metal but to the nanoparticulate properties. Indeed, in the case of CdS nanoparticles, we observed alterations in the genome as well as the modification of the bioturbation activity of worms tubifex in response to the contamination of nanoparticles but not to that of the ionic form. In this work we observed the release of gold nanoparticles from the sediment into the water column, and its potential bioavailability to fish. These nanoparticles were causing DNA damage in both organisms, modifying the expression of certain genes and increased acetylcholinesterase activity in zebrafish. Bioturbation results showed no effects of gold nanoparticles on the movement of worms.

Orientador: Prof. Dr. Wagner Alves Carvalho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2017.