A proposta desse estudo é investigar as propriedades de migração do éxciton, transferência de energia e transporte de cargas em heteroestruturas orgânicas ultrafinas compostas pela integração de um polímero semicondutor com moléculas de clorofila. A sintonização dos estados eletrônicos desses materiais torna possível a obtenção de heteroestruturas com modulação energética capazes de aprisionar éxcitons e cargas apresentando potencialidade de aplicação em Diodos Orgânicos Emissores de Luz (OLEDs). Para tal filmes de polifuoreno (PFO) (camada transportadora de carga) totalmente amorfo e filmes de clorofila (camada ativa na forma de poço de potencial) foram preparados utilizando a técnica e automontagem (LBL) combinada com spin-coating, caracterizados por microscopia confocal por varredura a laser e técnicas espectroscópicas de absorção e emissão. Investigou-se os processos fotofísicos utilizando microscopia confocal e de tempo de vida. Os resultados foram interpretados com base no modelo de transferência de energia de Förster combinado com as taxas de Miller-Abrahams e com a equação de difusão excitônica. Com essa abordagem, obteve-se uma relação entre a migração do éxciton no PFO e a transferência de energia não radiativa deste polímero para as moléculas de clorofila. Observou-se uma eficiente transferência de energia igual a 94% no regime de filmes ultrafinos. Para compreender os mecanismos de transporte de carga, implementamos e validamos o método de simulação de Monte Carlo para o transporte de carga em sistemas orgânicos desordenados. Com essa abordagem investigou-se a dinâmica das cargas em filmes poliméricos desordenados com e sem a camada de poço de potencial. Propriedades elétricas, tais como, mobilidade elétrica e coeficiente de difusão, foram obtidas e estão de acordo com os reportados na literatura. Obteve-se uma taxa de preenchimento de cargas no poço de potencial igual a 1010 buracos/s para campo elétrico de 1 MV/cm e constatou-se que a taxa aumenta com o campo elétrico. Tal abordagem apresenta-se como uma alternativa interessante para auxiliar o planejamento experimental de OLEDs baseados em heteroestruturas orgânicas. / In this study the exciton migration, energy transfer and charge transport in ultrathin organic heterostructure formed by semiconductor polymer and chlorophyll molecules were investigated. The energetic tuning between these materials promotes organic heterostructures with energetic modulation capable of trapping excitons and charges showing an application potential in Organic Light Emitting Diodes (OLEDS). Amorphous polyfluorenes (PFO) and chlorophyll a (chla) were prepared using self-assembly combined with spin-coating methods and characterized by confocal laser scanning microscopy and spectroscopic techniques. Photophysical processes were investigated using confocal and life-time microscopy and the results interpreted from the model of Förster energy combined with the Miller-Abrahams rate as well as the exciton diffusion equation. These results provided a relationship between the exciton migration in the PFO film and the non-radiative energy transfer from polymer to chla molecules. An efficient transfer of energy equal to 94% was observed. Method of the Monte Carlo simulation were implemented to investigate the charge transport in this disordered organic system. Using this method, the charge dynamics with and no potential well layer was studied. Electrical properties obtained, such as electric mobility and diffusion coefficient, are in agreement with literature. It was estimated a charge fill rate in the potential well equal to 1010 holes/s for 1 MV/cm and this parameter increases with the electric field. This approach has been shown to be an interesting alternative for the experimental design of OLEDs composed by organic heterostructure.

As propriedades ópticas de nanocristais de silício (Si-ncs) têm sido extensivamente estudadas após a primeira demonstração em 1990 de fotoluminescência altamente eficiente em silício poroso. Apesar dos progressos no entendimento da natureza da alta eficiência da luminescência dos Si-ncs e da enorme versatilidade para aplicações optoeletrônicas, este campo ainda é um tema de controvérsia devido à complexidade destes materiais. Além disso, as condições de preparação ainda afetam as propriedades de emissão destes materiais que são de fundamental importância para as aplicações tecnológicas. O presente trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades óticas dos Si-ncs e entender os processos fotofisicos envolvidos na recombinação radiativa de éxcitons altamente confinados nesse sistema. Si-ncs embebidos em matriz amorfa de SiO2 foram preparados a partir de filmes de oxido de silício SiyO1-y subestequiométricos (y≥1/3) depositados em substratos de quartzo utilizando um sistema deposição CVD na fase estimulada por plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). Esta técnica oferece boa passivação e estabilidade interfacial Si/SiO2. O tratamento térmico a altas temperaturas (900°C≤Ta≤1100°C) promove a precipitação do silício dentro da matriz, favorecendo um processo de nucleação e crescimento dos Si-ncs. Foram realizados tratamentos térmicos nos filmes sob atmosferas de Argônio (Ar) ou (Ar+5%H2) por duas horas. As distintas atmosferas promoveram a passivação de defeitos superficiais, principalmente de ligações pendentes pelo Hidrogênio. As propriedades associadas diretamente à fabricação, tais como estrutura cristalina, morfologia, tamanho e química da superfície dos Si-ncs foram correlacionadas com os processos de emissão envolvendo éxcitons. A caracterização estrutural foi realizada por Raio-x (XRD), Microscopia de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Retroespalhamento de Rutherford e Espectroscopia Raman. As medidas óticas foram basicamente Absorção, Excitação Seletiva, Fotoluminescência CW (PL) e Fotoluminescência Resolvida no Tempo. Os resultados da caracterização indicaram que efeitos de confinamento quântico e de estados de superfície dominam o processo de recombinação no Si-nc/SiO2. Em conclusão, os resultados obtidos neste trabalho mostram uma interessante e uma nova correlação entre as condições de fabricação da amostra e os processos de recombinação de éxcitons em Si-nc/SiO2. Todos estes resultados desafiam modelos anteriores propostos para explicar as propriedades ópticas do sistema de Si-nc/SiO2 e prevê ajudar na futura aplicação tecnológica dos mesmos. / The optical properties of silicon nanocrystals (Si-nc) have been extensively studied after the first demonstration in 1990 of highly efficient photoluminescence in porous silicon. Despite progress in understanding the nature of high luminescence efficiency of Si-ncs and versatility for optoelectronic applications, this field is still a subject of controversy due to its complexity. Furthermore, the preparation conditions still affect the emission properties of these materials that are of fundamental importance for technological applications. This work aimed to study the optical properties of Si-ncs and to understand the photophysical processes involved in the radiative recombination of excitons strongly confined in this system. Si-ncs embedded in amorphous SiO2 were prepared from silicon oxide films of substoichiometric SiyO1-y (y≥1/3) deposited on quartz substrates using a CVD deposition system in phase stimulated by plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). This technique provides good passivation and Si/SiO2 interfacial stability. The thermal treatment at high temperatures (900°C≤Ta≤1100°C) promotes the precipitation of silicon within the matrix, favoring a process of nucleation and growth of Si-ncs. The thermal treatments were performed in the films under Argon atmosphere (Ar) or (Ar+5%H2) for two hours. The use of different atmospheres allowed the understand of the passivation process of surface defects, particularly of dangling bonds by Hydrogen. The properties directly related to fabrication such as crystalline structure, morphology, size and surface chemistry of Si-ncs were correlated with emission processes involving excitons. The structural characterization was performed by X-Ray Diffraction (XRD), High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Rutherford Backscattering and Raman spectroscopy. The optical measurements were basically Absorption, Selective excitation, CW photoluminescence (PL) and Time Resolved Photoluminescence. The characterization results indicate that both quantum confinement and surface states effects dominate the recombination process in Si-ncs/SiO2. In conclusion, the results obtained in this work show an interesting and a novel correlation between the sample fabrication conditions and the exciton recombination process in Si-ncs/SiO2. All these results challenges previous models proposed to explain the optical properties of Si-nc systems and are expected to help further technological applications of this system.

As propriedades ópticas de nanocristais de silício (Si-ncs) têm sido extensivamente estudadas após a primeira demonstração em 1990 de fotoluminescência altamente eficiente em silício poroso. Apesar dos progressos no entendimento da natureza da alta eficiência da luminescência dos Si-ncs e da enorme versatilidade para aplicações optoeletrônicas, este campo ainda é um tema de controvérsia devido à complexidade destes materiais. Além disso, as condições de preparação ainda afetam as propriedades de emissão destes materiais que são de fundamental importância para as aplicações tecnológicas. O presente trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades óticas dos Si-ncs e entender os processos fotofisicos envolvidos na recombinação radiativa de éxcitons altamente confinados nesse sistema. Si-ncs embebidos em matriz amorfa de SiO2 foram preparados a partir de filmes de oxido de silício SiyO1-y subestequiométricos (y≥1/3) depositados em substratos de quartzo utilizando um sistema deposição CVD na fase estimulada por plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). Esta técnica oferece boa passivação e estabilidade interfacial Si/SiO2. O tratamento térmico a altas temperaturas (900°C≤Ta≤1100°C) promove a precipitação do silício dentro da matriz, favorecendo um processo de nucleação e crescimento dos Si-ncs. Foram realizados tratamentos térmicos nos filmes sob atmosferas de Argônio (Ar) ou (Ar+5%H2) por duas horas. As distintas atmosferas promoveram a passivação de defeitos superficiais, principalmente de ligações pendentes pelo Hidrogênio. As propriedades associadas diretamente à fabricação, tais como estrutura cristalina, morfologia, tamanho e química da superfície dos Si-ncs foram correlacionadas com os processos de emissão envolvendo éxcitons. A caracterização estrutural foi realizada por Raio-x (XRD), Microscopia de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Retroespalhamento de Rutherford e Espectroscopia Raman. As medidas óticas foram basicamente Absorção, Excitação Seletiva, Fotoluminescência CW (PL) e Fotoluminescência Resolvida no Tempo. Os resultados da caracterização indicaram que efeitos de confinamento quântico e de estados de superfície dominam o processo de recombinação no Si-nc/SiO2. Em conclusão, os resultados obtidos neste trabalho mostram uma interessante e uma nova correlação entre as condições de fabricação da amostra e os processos de recombinação de éxcitons em Si-nc/SiO2. Todos estes resultados desafiam modelos anteriores propostos para explicar as propriedades ópticas do sistema de Si-nc/SiO2 e prevê ajudar na futura aplicação tecnológica dos mesmos. / The optical properties of silicon nanocrystals (Si-nc) have been extensively studied after the first demonstration in 1990 of highly efficient photoluminescence in porous silicon. Despite progress in understanding the nature of high luminescence efficiency of Si-ncs and versatility for optoelectronic applications, this field is still a subject of controversy due to its complexity. Furthermore, the preparation conditions still affect the emission properties of these materials that are of fundamental importance for technological applications. This work aimed to study the optical properties of Si-ncs and to understand the photophysical processes involved in the radiative recombination of excitons strongly confined in this system. Si-ncs embedded in amorphous SiO2 were prepared from silicon oxide films of substoichiometric SiyO1-y (y≥1/3) deposited on quartz substrates using a CVD deposition system in phase stimulated by plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). This technique provides good passivation and Si/SiO2 interfacial stability. The thermal treatment at high temperatures (900°C≤Ta≤1100°C) promotes the precipitation of silicon within the matrix, favoring a process of nucleation and growth of Si-ncs. The thermal treatments were performed in the films under Argon atmosphere (Ar) or (Ar+5%H2) for two hours. The use of different atmospheres allowed the understand of the passivation process of surface defects, particularly of dangling bonds by Hydrogen. The properties directly related to fabrication such as crystalline structure, morphology, size and surface chemistry of Si-ncs were correlated with emission processes involving excitons. The structural characterization was performed by X-Ray Diffraction (XRD), High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Rutherford Backscattering and Raman spectroscopy. The optical measurements were basically Absorption, Selective excitation, CW photoluminescence (PL) and Time Resolved Photoluminescence. The characterization results indicate that both quantum confinement and surface states effects dominate the recombination process in Si-ncs/SiO2. In conclusion, the results obtained in this work show an interesting and a novel correlation between the sample fabrication conditions and the exciton recombination process in Si-ncs/SiO2. All these results challenges previous models proposed to explain the optical properties of Si-nc systems and are expected to help further technological applications of this system.

A proposta desse estudo é investigar as propriedades de migração do éxciton, transferência de energia e transporte de cargas em heteroestruturas orgânicas ultrafinas compostas pela integração de um polímero semicondutor com moléculas de clorofila. A sintonização dos estados eletrônicos desses materiais torna possível a obtenção de heteroestruturas com modulação energética capazes de aprisionar éxcitons e cargas apresentando potencialidade de aplicação em Diodos Orgânicos Emissores de Luz (OLEDs). Para tal filmes de polifuoreno (PFO) (camada transportadora de carga) totalmente amorfo e filmes de clorofila (camada ativa na forma de poço de potencial) foram preparados utilizando a técnica e automontagem (LBL) combinada com spin-coating, caracterizados por microscopia confocal por varredura a laser e técnicas espectroscópicas de absorção e emissão. Investigou-se os processos fotofísicos utilizando microscopia confocal e de tempo de vida. Os resultados foram interpretados com base no modelo de transferência de energia de Förster combinado com as taxas de Miller-Abrahams e com a equação de difusão excitônica. Com essa abordagem, obteve-se uma relação entre a migração do éxciton no PFO e a transferência de energia não radiativa deste polímero para as moléculas de clorofila. Observou-se uma eficiente transferência de energia igual a 94% no regime de filmes ultrafinos. Para compreender os mecanismos de transporte de carga, implementamos e validamos o método de simulação de Monte Carlo para o transporte de carga em sistemas orgânicos desordenados. Com essa abordagem investigou-se a dinâmica das cargas em filmes poliméricos desordenados com e sem a camada de poço de potencial. Propriedades elétricas, tais como, mobilidade elétrica e coeficiente de difusão, foram obtidas e estão de acordo com os reportados na literatura. Obteve-se uma taxa de preenchimento de cargas no poço de potencial igual a 1010 buracos/s para campo elétrico de 1 MV/cm e constatou-se que a taxa aumenta com o campo elétrico. Tal abordagem apresenta-se como uma alternativa interessante para auxiliar o planejamento experimental de OLEDs baseados em heteroestruturas orgânicas. / In this study the exciton migration, energy transfer and charge transport in ultrathin organic heterostructure formed by semiconductor polymer and chlorophyll molecules were investigated. The energetic tuning between these materials promotes organic heterostructures with energetic modulation capable of trapping excitons and charges showing an application potential in Organic Light Emitting Diodes (OLEDS). Amorphous polyfluorenes (PFO) and chlorophyll a (chla) were prepared using self-assembly combined with spin-coating methods and characterized by confocal laser scanning microscopy and spectroscopic techniques. Photophysical processes were investigated using confocal and life-time microscopy and the results interpreted from the model of Förster energy combined with the Miller-Abrahams rate as well as the exciton diffusion equation. These results provided a relationship between the exciton migration in the PFO film and the non-radiative energy transfer from polymer to chla molecules. An efficient transfer of energy equal to 94% was observed. Method of the Monte Carlo simulation were implemented to investigate the charge transport in this disordered organic system. Using this method, the charge dynamics with and no potential well layer was studied. Electrical properties obtained, such as electric mobility and diffusion coefficient, are in agreement with literature. It was estimated a charge fill rate in the potential well equal to 1010 holes/s for 1 MV/cm and this parameter increases with the electric field. This approach has been shown to be an interesting alternative for the experimental design of OLEDs composed by organic heterostructure.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissErivelton Oliveira Alves.pdf: 643061 bytes, checksum: 32148288b33769364a665f4bc2c83e1c (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / We investigate the resonant tunneling of electrons and holes in an asymmetric double quantum bit CdTe / CdMnTe in the presence of electric and magnetic fields applied along the growth direction. We show that in this case it is possible to achieve a condition of simultaneous resonant tunneling of electrons and holes with spin set, ie, a resonant tunneling of excitons polarized. Then we calculated the excitonic binding energy as a function of applied fields, showing the strong dependence of the binding energy with the tunneling of carriers. The electronic structure was calculated using the k ~ ~ p multiband Kane model. The eigenstates were obtained by solving numerically the equations ° C ~ the effective mass using the method of inverse power. The effects of lattice strain were treated by the Bir-Pikus model. The energy calculation of excitonic Dial-Up was conducted using the variational method. We consider the perfectly abrupt interfaces of the heterostructures, ie effects of enlargement of the interfaces were neglected. / Investigamos o tunelamento ressonante de elétrons e buracos em um pouco quântico duplo assimétrico de CdTe/CdMnTe na presença de campos elétricos e magnéticos aplicados ao longo da direção de crescimento. Mostramos que neste caso é possível alcançar uma condição de tunelamento ressonante simultâneo de elétrons e buracos com spin definido, isto é , um tunelamento ressonante de éxcitons polarizados. Em seguida calculamos a energia de ligação excitônica em função dos campos aplicados, mostrando a forte dependência da energia de ligação com o tunelamento dos portadores. A estrutura eletrônica foi calculada usando o método ~k ~p no modelo multibandas de Kane. Os autoestados foram obtidos resolvendo-se numericamente a equa¸c ao da massa efetiva usando o método das potência inversa. Os efeitos de tensão da rede cristalina foram tratados pelo modelo de Pikus-Bir. O cálculo de energia de ligaçãoo excitônica foi realizado usando o método variacional. Consideramos as interfaces da heteroestrutura perfeitamente abruptas, isto é, efeitos de alargamento das interfaces foram desprezados.

Orientador: Fernando Iikawa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_PauloFreitas_D.pdf: 14344200 bytes, checksum: 55a7f7d3b644c0dc43151a411d53757b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: No presente trabalho apresentamos um estudo da luminescência de érbio em nanocristais de silício (nc-Si) e nanofios de óxido de zinco (nw-ZnO). Os nanocristais de silício com érbio são obtidos através do tratamento térmico de filmes finos amorfos de sub-óxidos de silício (SiOx) preparados por rf-sputtering, variando a concentração de Oxigênio e érbio durante o crescimento. O érbio é adicionado aos filmes cobrindo parcialmente a superfície do alvo de silício com pequenos cacos de érbio metálico. Medidas de espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de alta resolução (HRTEM) fornecem o tamanho e densidade de nanocristais em cada amostra. Medidas de fotoluminescência (PL) dos nanocristais na temperatura ambiente mostram que o tamanho dos nanocristais varia com a concentração de oxigênio e temperatura de tratamento térmico. A dependência da PL dos nanocristais com a temperatura pode ser entendida considerando a competição entre processos radiativos e não-radiativos. Em amostras com érbio a taxa de recombinação não-radiativa é maior que nas amostras sem érbio. O estudo da PL dos nanocristais e dos íons Er3+ mostra que o Er3+ funciona como um centro de recombinação não-radiativa para a energia proveniente da recombinação de portadores nos nanocristais. Neste caso, parte da energia gerada nos nanocristais é transferida para os íons Er3+ ao invés de ser emitida na forma de fótons. Também é possível observar que a intensidade da PL do Er3+ depende da intensidade da PL dos nanocristais e é maior em amostras contendo nanocristais de ~3nm (que emitem em ~1,5eV), indicando que a transferência é ressonante (com a excitação 4I15/2 ---> 4I9/2 do Er3+ que corresponde a uma energia de 1,5eV). Os nanofios de ZnO com érbio são preparados por deposição vapor-liquid-solid (VLS) e por electrospinning. Em amostras preparadas por VLS, o érbio é depositado sobre os nanofios após sua preparação. No electrospinning um composto organometálico de érbio é adicionado ao polímero precursor. É observada luminescência de érbio quando as amostras são excitadas com um comprimento de onda ressonante com algum nível mais energético do Er3+. Nanocristais de E2O3 são observados por HRTEM na superfície dos nanofios preparados por VLS. Medidas de EXAFS revelam que a vizinhança do Er nessas amostras é idêntica à do óxido Er2O3, indicando que não ocorreu dopagem substitucional do ZnO. / Abstract: We present a study of erbium luminescence in silicon nanocrystals (nc-Si) and zinc oxide nanowires (nw-ZnO). Silicon nanocrystals are produced by annealing of amorphous sub-oxide thin films (SiOx) prepared by rf-sputtering varying the oxygen and erbium concentration during growth. Erbium is added by partially covering the silicon target surface with small pieces of metallic erbium. Raman spectroscopy and HRTEM measurements reveal the size and density of nanocrystals in each sample. Photoluminescence (PL) measurements at room temperature show that the nanocrystal size changes with oxygen concentration and annealing temperature. The PL dependence on the temperature can be understood considering a competition between radiative and non-radiative processes. In samples with erbium the non-radiative recombination rate is higher than in samples without erbium. The study of the nanocrystal and Er3+ PL show that Er3+ behaves as non-radiative recombination centers for excited carriers in the nanocrystals. Part of the energy from the nanocrystals is transferred to Er3+ instead of being emitted as light. The Er3+ PL intensity depends on the nanocrystal PL intensity and is higher in samples containing nanocrystals ~3nm (which emit at ~1.5eV), indicating that the energy transfer is resonant (with the 4I15/2 -----> 4I9/2 Er3+excitation at ~1.5eV) ZnO nanowires were prepared by vapor-liquid-solid (VLS) deposition and by electrospinning. In the VLS method erbium is deposited on the nanowires after growth. In the electrospinning method a metallorganic compound is added to the polymer precursor. Erbium PL is observed when the samples are excited by one of the Er3+ higher transitions. Er2O3 nano-crystals are observed by HRTEM on the surface of the nanowires prepared by VLS. EXAFS measurements in these samples show that the Erneighborhood is identical to that of E2O<>3 indicating that there was no substitutional / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3511.pdf: 19319243 bytes, checksum: e177f4d29b58e26b9530851f33a85734 (MD5) Previous issue date: 2011-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In classical Physics, the motion of an electrically charged particle is affected only by the presence of a magnetic field if the particle enters a region of space in which the field is present. Meanwhile, in quantum Physics, a charged carrier can be affected by the electromagnetic vector potential ~A, even in regions where the magnetic field ~B is not present. This surprising contrast between classical and quantum Physics has been experimentally proven in several beautiful experiments in semiconducting, metallic and superconducting material systems, and has been called Aharonov-Bohm effect. More recently, however, several theoretical works have discussed the plausible existence of this effect even for neutral particles! In this PhD Thesis project it is shown the first clear experimental observation of the Aharonov-Bohm effect in neutral excitons in InAs quantum rings. Signatures of this effect appear as oscillations in the intensity of the photoluminescence emission bands with increasing magnetic fields and also depending on the dimensions of the quantum rings. These oscillations are affected by the uniaxial strain field due to the piezoelectricity of the asymmetric InAs rings, as revealed by the atomic force microscopy, transmission electron microscopy images and X-Ray Diffraction measurements using synchrotron light. A theoretical model that describes the behavior of the excitonic interference pattern and its modulation with temperature and uniaxial electric fields has been used for the interpretation of the experimental data. The detection of AB oscillations mediated by electron-hole pair correlation is a fundamental quantum mechanical effect that will trigger further studies in this area of fundamental physics as well as technological applications. / Em Física clássica, o movimento de uma partícula carregada só é afetado pela presença de um campo magnético se a partícula entrar em uma região do espaço na qual o campo está presente. Ao mesmo tempo, em Física quântica, a partícula contendo carga elétrica pode ser afetada por um potencial eletromagnético ~ A, mesmo em regiões onde o campo magnético ~B é zero. Esse contraste surpreendente entre Física clássica e Física quântica tem sido provado em interessantes experimentos em materiais semicondutores, metais e supercondutores, e tendo sido denominado efeito Aharonov-Bohm. Mais recentemente, entretanto, muitos trabalhos teóricos têm discutido a plausibilidade da existência desse efeito mesmo para partículas neutras! Nessa tese de Doutorado será demonstrado pela primeira vez a observação experimental do efeito Aharonov-Bohm em éxcitons neutros contidos em anéis quânticos de InAs. Assinaturas desse efeito aparecem como oscilações na intensidade integrada das bandas de emissão em experimentos de fotoluminescência com o aumento do campo magnético e dependem também das dimensões dos anéis. Essas oscilações são afetadas pelos campos de compressão/expansão uniaxial devido a piezoeletricidade provinda da assimetria dos anéis, como revelado pelas imagens de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X utilizando luz síncrotron. Um modelo teórico que descreve o comportamento no padrão de interferência excitônico e sua modulação com a temperatura e campos elétricos uniaxiais foi usado para a interpretação dos resultados experimentais. A detecção das oscilações Aharonov-Bohm mediada pela correlação do par elétron-buraco é um efeito fundamental de mecânica quântica e os estudos mostrados aqui poderão não só instigar outras investigações em Física fundamental assim como em aplicações tecnológicas.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Celio.pdf: 1563058 bytes, checksum: 7421930f54c58e686824f9df9ce8740f (MD5) Previous issue date: 2011-09-26 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / The low quantum efficiency of photoluminescence observed in semiconducting carbon nanotube has been attributed to the existence of dark excitons. In this work, we performed photoluminescence spectroscopy studies on samples containing practically one type of nanotubes encapsulated by DNA molecules. It was observed the existence of emission peaks (sidebands) at about 137 meV below the E11 excitonic transition (exciton bright). In addition, we observed an excitonic peak at 264 meV, about twice the energy of the first dark exciton. It was observed that the addition of both positive and negative charges causes the quenching of luminescence. Measurements in samples containing various types of SWCNTs encapsulated by SDS were done. A striking feature was the quenching of luminescence with addition of positive charges at a rate of −9.7 Å/nL, while the addition of negative charges promoted the recovery of the luminescence at a much faster rate of +25.6 Å/nL. Besides the direct observation of dark excitons, we found that through selective doping it was possible to identify a large enhancement of the dark excitonic emission compared to the bright one. Our goal was to study the influence of the environmental on the photoluminescence of SWCNTs and thus find a way to highlight the dark exciton emission from the bright exciton basement signal. / A baixa eficiência quântica da fotoluminescência observada em nanotubos de carbono semicondutores tem sido atribuída à existência de éxcitons escuros. Neste trabalho, realizamos estudos de espectroscopia de Fotoluminescência em amostra contendo praticamente um tipo de nanotubos encapsulados por moléculas de DNA. Foi observada claramente a existência de picos de emissão (bandas laterais) em aproximadamente 137 meV abaixo da transição excitônica principal 𝐸11 (nível mais baixo). Além disso, observamos um pico excitônico em 264 meV, aproximadamente o dobro da energia do primeiro éxciton escuro. Foi observado que a adição tanto de cargas positivas quanto negativas causa a supressão da luminescência. Medidas em amostras contendo vários tipos de SWCNTs encapsulados com SDS (dodecil sulfato de sódio) foram realizadas. Uma característica evidente foi a supressão da luminescência com adição de cargas positivas à uma taxa de −9,7 Å/nL, enquanto que a adição de cargas negativas promoveu a recuperação da luminescência à uma taxa muito mais rápida, de +25,6 Å/nL. Além da observação direta dos éxcitons escuros, observamos que através da dopagem seletiva é possível evidenciar a intensidade dos picos de fotoluminescência dos éxcitons escuros em relação aos éxcitons claros. Nosso objetivo foi estudar as influências do meio sobre as emissões de fotoluminescência em SWCNTs e, portanto, encontrar uma maneira de ressaltar as emissões dos éxcitons escuros em relação às emissões dos éxcitons claros.

Universidade Federal de Uberlândia / In this work we investigate theoretically the dissipative dynamics of exciton states in a system constituted by coupled quantum dots, which in turn exhibit a great flexibility and experimental ability to change their energy spectrum and structural geometry through of external electric fields. In this way, the optical coherent control of charge carriers enables the investigation of several quantum interference process, such as tunneling induced transparency. We investigate the optical response of the quantum dot molecule considering different optical regimes and electric field values, where the tunneling between the dots can establish efficiently quantum destructive interference paths causing significant changes on the optical spectrum. Using realistic experimental parameters we show that the excitons states coupled by tunneling exhibit a controllable and enriched optical response. In this system, we also investigate the entanglement degree between the electron and hole, and we demonstrate through of the control of parameters such as, the applied gate voltage, the incident laser frequency and intensity, the system goes to an asymptotic state with a high entanglement degree, which is robust to decoherence process. / Neste trabalho investigamos teoricamente a dinâmica dissipativa de estados de éxcitons em um sistema formado por pontos quânticos duplos, que por sua vez apresentam uma grande flexibilidade e capacidade experimental em alterar seu espectro de energia juntamente com sua forma estrutural por meio de campos elétricos externos. Deste modo, o controle óptico coerente de portadores de carga nessas nanoestruturas permite a investigação de diversos processos de interferência quântica, tais como transparência induzida por tunelamento. Investigamos a resposta óptica da molécula quântica considerando diferentes regimes ópticos e valores de campo elétrico, nos quais o tunelamento entre os pontos pode estabelecer eficientemente caminhos de interferência quântica destrutiva provocando mudanças significativas no espectro óptico. Usando parâmetros experimentais realísticos mostramos que os estados excitônicos acoplados por tunelamento exibem uma resposta óptica controlável e bastante enriquecida. Neste mesmo sistema, investigamos o emaranhamento entre elétron e buraco, e demonstramos que através do controle de parâmetros tais como, a barreira de potencial aplicada, a frequência e intensidade do laser incidente, o sistema evolui para um estado assintótico com um alto grau de emaranhamento, que se apresenta robusto a processos de decoerência. / Doutor em Física

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-27T13:00:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Euclides_Almeida_Fisica.pdf: 5907240 bytes, checksum: 503a5b57e757a03f24206d4d3d26032c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T13:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Euclides_Almeida_Fisica.pdf: 5907240 bytes, checksum: 503a5b57e757a03f24206d4d3d26032c (MD5) Previous issue date: 2012-07-30 / CNPQ / O principal objetivo deste trabalho foi investigar fenômenos ópticos ultrarrápidos em sistemas nanoestruturados empregando diferentes técnicas espectroscópicas não lineares, tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. Para fornecer uma base adequada que permita entender os experimentos feitos nessa tese, os princípios físicos das espectroscopias ópticas não lineares são apresentados. Inicialmente é apresentada uma descrição da função resposta não linear no domínio do tempo. A evolução temporal da polarização óptica, que gera o sinal espectroscópico, é descrita em detalhes usando uma teoria de perturbação diagramática. Técnicas ópticas não lineares são apresentadas, tais como eco de fótons, bombeamento-e-sonda e hole burning, assim como o comportamento dinâmico de um material pode ser interpretado a partir do sinal gerado. A técnica de mistura degenerada de quatro ondas com luz incoerente foi usada para investigar, pela primeira vez, o defasamento ultrarrápido de éxcitons em uma vitrocerâmica contendo nanocristais de niobato de sódio. O tempo de defasamento medido (T2 = 20 fs) indica qu empregada para investigar processos de transferência de carga em colóides com nanopartículas de TiO2 e rodamina 6G. O comportamento do sinal de depleção transiente é comparado com o observado para a rodamina livre suspensa em etanol. A análise dos resultados permitiu atribuir o comportamento de depleção à transferência de carga de estados excitados termalizados das moléculas de corante para a banda de condução do semicondutor e a transferência no sentido inverso do semicondutor para as moléculas. / The main objective of this work was the investigation of ultrafast optical phenomena in selected nanostructured systems employing different nonlinear spectroscopic techniques, either in the time or the frequency domain. To provide an appropriate background to understand the performed experiments the principles of nonlinear optical spectroscopies are presented. Initially a description of the nonlinear optical response function in the time domain is given. The time evolution of the optical polarization, that gives rise to the spectroscopic signal, is described in detail using a diagrammatic perturbation theory. Nonlinear optical techniques are discussed such as photon echoes, pump-and-probe and hole-burning, as well as how the dynamical behavior of a material can be interpreted from the generated signals. The degenerate four-wave mixing technique with incoherent light was used to investigate for the first time the ultrafast dephasing of excitons in a glass-ceramic containing sodium niobate nanocrystals. The short dephasing time measured (T2 = 20 fs) indicates that different dephasing channels contribute for the excitonic dephasing, namely: electron-electron scattering, electron-phonon coupling and fast trapping of electrons in defects on the nanocrystals interface. Low-temperature luminescence experiments were also performed to measure excitonic and trap states lifetimes. The persistent spectral holeburning technique was applied to measure localized surface plasmons dephasing times in colloidal silver nanoparticles capped with different stabilizing molecules. The dependence of T2 with three different stabilizers was demonstrated and theoretically analyzed. The results show that the dephasing times are shorter than the theoretically calculated T2 using the bulk dielectric functions of the metal. This discrepancy is attributed to changes in the electronic density of states at the nanoparticles interface caused by the presence of the stabilizers. Ab-initio calculations based on the Density Functional Theory were performed to further understand the interaction between the nanoparticles and stabilizing agents. The femtosecond transient absorption technique was employed to study the ultrafast dynamics of in-gap states in a glassceramics containing sodium niobate nanocrystals. Two main temporal components were found for the excited state absorption signal: a fast component, with decay time of ≈ 1 ps, and a slower component which is attributed to deep trap states. This slower component is responsible for the excited state absorption contribution in optical limiting experiments previously reported in the literature. The dynamics of the optical limiting in this sample was also studied, in the millisecond range, exciting the sample with a train of femtosecond pulses. The optical limiting behavior reflects the dynamics of population in the excited and trap states and this dynamics was modeled using rate equations for the electronic states’ populations. Finally, the pump-andprobe transient absorption technique was employed to investigate charge-transfer processes in colloids with rhodamine 6G and TiO2 nanoparticles. The transient bleaching signal behavior is compared with the one observed for unlinked rhodamine 6G dissolved in ethanol. The analysis of the results allowed the attribution of the bleaching behavior to charge-transfer from thermalized excited states of the dye molecules to the semiconductor conduction band and to the back charge-transfer from the semiconductor to the molecules.