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.

Neste trabalho é apresentado um estudo espectroscópico sobre vidros de germanato contendo nanopartículas (NPs) metálicas e semicondutoras dopados com íons de terras-raras (TRs) Eu3+, Nd3+ e Er3+ visando o desenvolvimento de novos materiais para aplicações em fotônica. Estes vidros apresentam larga janela de transmissão (400-4500 nm), alto índice de refração (~ 1,9), baixa energia de fônon (700 cm-1), alta resistência mecânica e durabilidade química. Com a finalidade de verificar a nucleação das NPs metálicas e semicondutoras, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) que indicaram a presença de NPs metálicas e semicondutoras. As técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDS energy dispersive spectroscopy) e difração de elétrons comprovaram a natureza química das NPs. As medidas de absorção óptica evidenciaram a incorporação dos íons de TRs na forma trivalente, fenômeno responsável pela luminescência nos vidros, e permitiram as medidas das bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais e das bandas de absorção características de NPs de natureza semicondutora. Medidas de emissão foram realizadas através de diferentes procedimentos, que variaram de acordo com a natureza das TRs. Foram medidas intensas bandas de emissão da luz vermelha do Eu3+ relacionadas com as transições 7F J (J=0 a 6) -> 5D0, bandas de emissão associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ em 530, 550 e 670nm relacionadas com as transições 2H 11/2 -> 4I 15/2 , 4S 3/2 -> 4I 15/2 e 4F 9/2 -> 4I 15/2 respectivamente, e bandas de emissão de luz na região do infravermelho do Nd3+ em 900, 1076 e 1350 nm relacionadas com as transições 4F 3/2 -> 4I 9/2 , 4F 3/2 -> 4I 11/2 e 4F 3/2 -> 4I 13/2 . Foi observado aumento significativo da luminescência da luz vermelha do Eu3+ nas amostras contendo NPs de prata, ouro, e prata juntamente com ouro. Nas amostras contendo NPs de silício foi observado aumento significativo da emissão associada à conversão ascendente de freqüências do érbio. Os aumentos ocorridos na luminescência das amostras contendo NPs metálicas são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de TRs e pela transferência de energia entre as NPs e os íons deTRs. Os aumentos ocorridos na luminescência das amostras contendo NPs semicondutoras são provavelmente causados pela transferência eficiente de energia entre as NPs e os íons de TRs originada da recombinação de éxcitons dentro das NPs semicondutoras. Portanto, a presença das NPs desempenha um papel importante para o aumento da luminescência, permitindo o desenvolvimento de novos materiais com aplicações em nanofotônica. / This work presents a spectroscopic study about Eu3+, Nd3+ and Er3+ rare-earth doped germanate glasses containing metallic and semiconductor nanoparticles (NPs) aiming the development of new materials for photonic applications. These glasses have a large transmission window (400-4500 nm), high refractive index (~ 1.9), low phonon energy (700 cm-1), high mechanic resistance and chemical durability. Transmission Electronic Microscopy analysis was performed to verify the metallic and semiconductor NPs nucleation, and indicated the presence of metallic and semiconductor NPs. X ray fluorescence by energy dispersive spectroscopic (EDS) and electron diffraction analysis showed the chemical nature of the NPs. Optic absorption measurement proved the trivalent incorporation of the rare-earth ions, the responsible phenomenon for the luminescence of the glasses that allowed the measurement of the absorption bands related to the superficial plasmon resonance. Emission measurements were performed with different procedures, related to nature of the rare-earth. High emission bands of Eu3+ were measured related to the 7F J (J=0 to 6) -> 5D 0 transitions; emission bands associated to the frequency upconversion of Er3+ in 530, 550 and 670nm related to the 2H 11/2 -> 4I 15/2, 4S 3/2 -> 4I 15/2 e 4F 9/2 -> 4I 15/2 transitions were observed, and as well as emission bands of Nd3+ in 900, 1076 and 1350 nm related with the 4F 3/2 -> 4I 9/2, 4F 3/2 -> 4I 11/2 e 4F 3/2 -> 4I 13/2 transitions. A significant enhancement of the red light luminescence of Eu3+ was observed in the samples containing silver, gold, and silver together with gold NPs. For the samples containing silicon NPs it was observed a considerable enhancement of the frequency upconversion emission of the erbium. The luminescence enhancement of the samples with metallic NPs is due to the enhancement of the local field nearby the rare-earth ions and/or to the energy transfer between the NPs and the rare-earth ions. The luminescence enhancement of the samples with semiconductor NPs are due to the efficient energy transfer between the NPs and the rare-earth ions originated from the excitons recombination inside the semiconductor NPs. Therefore, the presence of the NPs plays an important role on the luminescence enhancement, allowing de development of new materials for nanophotonic applications.

Recentemente, grande interesse tem sido demonstrado por cerâmicas transparentes dopadas com íons terras raras trivalentes, como meios ativos para lasers na região espectral do infravermelho próximo. Em particular, cerâmicas dopadas com altas concentrações de Nd3+ e Yb3+ são muito estudadas pela possibilidade de gerar emissão laser de alta potência em torno de 1,0 mm. Embora a cerâmica transparente de titanato zirconato de chumbo e lantânio (PLZT), com composição La/ Zr/Ti = 9/65/35, seja originalmente reconhecida por suas propriedades ferroelétricas e eletro-ópticas, a mesma também apresenta características interessantes como matriz hospedeira de íons oticamente ativos. Recentemente, de Camargo et al. realizaram vários estudos espectroscópicos que comprovam a potencialidade laser de amostras dopadas com Yb3+, Er3+, Tm3+ e em especial Nd3+. Apesar de a cerâmica PLZT:Nd ser a mais promissora, se comparada a líder de mercado YAG:Nd (sistema ítrio-alumínio garnet dopado com neodímio), ainda não foi possível obter ação laser da primeira, devido à presença de fases espúrias (imperceptíveis a olho nu), que comprometem a qualidade óptica do material, especialmente para concentrações de dopagem maiores que 1,0% peso de Nd2O3. Uma vez que a qualidade estrutural tem implicação direta na qualidade óptica/espectroscópica de materiais ópticos, faz-se necessário estender os estudos visando otimizar a obtenção de amostras transparentes com mais altos níveis de dopagem. Neste trabalho apresenta-se um método alternativo para a dopagem da matriz PLZT com os íons TR = Nd3+ e Yb3+, e utiliza-se de várias técnicas (DR-X, DTA-TG, FT-IR, Raman, RMN e Luminescência), para caracterizar os compostos precursores e/ou produtos. O novo método baseia-se na obtenção prévia de óxidos precursores dopados, seguida da utilização destes para o preparo das cerâmicas PLZT:TR. As caracterizações foram conduzidas em função da concentração de dopantes (0,1 4,0% peso TR2O3), comparativamente ao método de dopagem convencional utilizado nos trabalhos anteriores. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear em sólidos em 207Pb, mostrou-se uma ferramenta bastante útil na elucidação de questões estruturais desses sistemas tão complexos. Como os íons paramagnéticos Nd3+ e Yb3+ não podem ser diretamente acessados por RMN, a estratégia para caracterizar suas distribuições espaciais foi investigar suas respectivas mímicas diamagnéticas Y3+ e Sc3+ (núcleos 45Sc e 89Y). Resultados de DR-X apresentam menor formação de fase secundária nas amostras preparadas via método alternativo, sendo identificado as fases secundárias como (La,Nd)2(Zr,Ti)2O7 (estrutura do tipo pirocloro), ZrO2 em fase parcialmente monoclínica e cúbica e ZrO2 em fase cúbica, das amostras dopadas com Nd3+, Y3+ e Yb3+, respectivamente. De acordo com os resultados de DR-X, experimentos de RMN permitiram melhor avaliação quanto a inserção do íon dopante a medida que há formação de fase secundária e mostraram que a inserção dos íons dopantes é homogênea, bem como resultados de luminescência, com o limite de solubilidade do íon dopante sempre menor do que o necessário para que seja observado supressão da luminescência dos íons emissores. / In recent years, there has been a great interest for rare-earth (RE) doped transparent ceramics as near-infrared laser active media. Particularly, Nd3+ and Yb3+-doped ceramics are of special interest due to the possibility of generating high power emissions at around 1.0 mm. Even though lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) ceramics, with composition La/Zr/Ti = 9/65/35, are mostly known by their ferroelectric and electro-optic properties, recent works by de Camargo et al. have also indicated their potentiality as laser active media. In this regard, the most promising system is PLZT:Nd (as compared to YAG:Nd - neodymium-doped yttrium aluminium garnet), however, laser action of the former has not yet been possible, the reason lying in the presence of secondary phases (invisible to the naked eye) that compromise the optical quality of the ceramics, especially for samples with concentration higher than 1.0 wt% Nd2O3. Since the structural quality of samples has a direct implication on their spectroscopic and optical qualities, the goals pursued in this work are to present means to obtain highly transparent samples with higher incorporation of dopants, as well as to understand some fundamental questions regarding the microstructure of PLZT:RE ceramics. Thus, an alternative method, based on the obtainment of RE-doped precursor oxides, is presented for the synthesis of PLZT:RE and several techniques (XRD, DTA-TG, FT-IR, Raman, NMR and Luminescence) are used to characterize the samples, as a function of doping concentration (0,1 4,0 wt% RE2O3). These studies are done in comparison to the conventional method used in previous works. Solid state NMR spectroscopy of 207Pb proved to be a very useful tool for the understanding of these complex systems. Because Nd3+ and Yb3+ are paramagnetic and thus inaccessible by NMR, the strategy used for the characterization of their spatial distribution was to study samples doped with their respective diamagnetic mimics Sc3+ and Y3+ (45Sc and 89Y nuclei). XRD results have shown formation of less secondary phase for samples prepared by alternative method, being identified as secondary phase pyrochlore structure (La,Nd)2(Zr,Ti)2O7, partially monoclinic/cubic ZrO2 and cubic ZrO2 of the samples doped with Nd3+, Y3+ and Yb3+ respectively. NMR measurements allowed to make proposals about dopant ion insertion while secondary phase is formed and showed homogeneous distribution of dopant into the matrix, aswell luminescence measurements with maximum dopant solubility being less than enough to show any suppression of luminescence.

Neste trabalho é apresentado um estudo espectroscópico sobre vidros de germanato contendo nanopartículas (NPs) metálicas e semicondutoras dopados com íons de terras-raras (TRs) Eu3+, Nd3+ e Er3+ visando o desenvolvimento de novos materiais para aplicações em fotônica. Estes vidros apresentam larga janela de transmissão (400-4500 nm), alto índice de refração (~ 1,9), baixa energia de fônon (700 cm-1), alta resistência mecânica e durabilidade química. Com a finalidade de verificar a nucleação das NPs metálicas e semicondutoras, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) que indicaram a presença de NPs metálicas e semicondutoras. As técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDS energy dispersive spectroscopy) e difração de elétrons comprovaram a natureza química das NPs. As medidas de absorção óptica evidenciaram a incorporação dos íons de TRs na forma trivalente, fenômeno responsável pela luminescência nos vidros, e permitiram as medidas das bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais e das bandas de absorção características de NPs de natureza semicondutora. Medidas de emissão foram realizadas através de diferentes procedimentos, que variaram de acordo com a natureza das TRs. Foram medidas intensas bandas de emissão da luz vermelha do Eu3+ relacionadas com as transições 7F J (J=0 a 6) -> 5D0, bandas de emissão associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ em 530, 550 e 670nm relacionadas com as transições 2H 11/2 -> 4I 15/2 , 4S 3/2 -> 4I 15/2 e 4F 9/2 -> 4I 15/2 respectivamente, e bandas de emissão de luz na região do infravermelho do Nd3+ em 900, 1076 e 1350 nm relacionadas com as transições 4F 3/2 -> 4I 9/2 , 4F 3/2 -> 4I 11/2 e 4F 3/2 -> 4I 13/2 . Foi observado aumento significativo da luminescência da luz vermelha do Eu3+ nas amostras contendo NPs de prata, ouro, e prata juntamente com ouro. Nas amostras contendo NPs de silício foi observado aumento significativo da emissão associada à conversão ascendente de freqüências do érbio. Os aumentos ocorridos na luminescência das amostras contendo NPs metálicas são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de TRs e pela transferência de energia entre as NPs e os íons deTRs. Os aumentos ocorridos na luminescência das amostras contendo NPs semicondutoras são provavelmente causados pela transferência eficiente de energia entre as NPs e os íons de TRs originada da recombinação de éxcitons dentro das NPs semicondutoras. Portanto, a presença das NPs desempenha um papel importante para o aumento da luminescência, permitindo o desenvolvimento de novos materiais com aplicações em nanofotônica. / This work presents a spectroscopic study about Eu3+, Nd3+ and Er3+ rare-earth doped germanate glasses containing metallic and semiconductor nanoparticles (NPs) aiming the development of new materials for photonic applications. These glasses have a large transmission window (400-4500 nm), high refractive index (~ 1.9), low phonon energy (700 cm-1), high mechanic resistance and chemical durability. Transmission Electronic Microscopy analysis was performed to verify the metallic and semiconductor NPs nucleation, and indicated the presence of metallic and semiconductor NPs. X ray fluorescence by energy dispersive spectroscopic (EDS) and electron diffraction analysis showed the chemical nature of the NPs. Optic absorption measurement proved the trivalent incorporation of the rare-earth ions, the responsible phenomenon for the luminescence of the glasses that allowed the measurement of the absorption bands related to the superficial plasmon resonance. Emission measurements were performed with different procedures, related to nature of the rare-earth. High emission bands of Eu3+ were measured related to the 7F J (J=0 to 6) -> 5D 0 transitions; emission bands associated to the frequency upconversion of Er3+ in 530, 550 and 670nm related to the 2H 11/2 -> 4I 15/2, 4S 3/2 -> 4I 15/2 e 4F 9/2 -> 4I 15/2 transitions were observed, and as well as emission bands of Nd3+ in 900, 1076 and 1350 nm related with the 4F 3/2 -> 4I 9/2, 4F 3/2 -> 4I 11/2 e 4F 3/2 -> 4I 13/2 transitions. A significant enhancement of the red light luminescence of Eu3+ was observed in the samples containing silver, gold, and silver together with gold NPs. For the samples containing silicon NPs it was observed a considerable enhancement of the frequency upconversion emission of the erbium. The luminescence enhancement of the samples with metallic NPs is due to the enhancement of the local field nearby the rare-earth ions and/or to the energy transfer between the NPs and the rare-earth ions. The luminescence enhancement of the samples with semiconductor NPs are due to the efficient energy transfer between the NPs and the rare-earth ions originated from the excitons recombination inside the semiconductor NPs. Therefore, the presence of the NPs plays an important role on the luminescence enhancement, allowing de development of new materials for nanophotonic applications.

Recentemente, grande interesse tem sido demonstrado por cerâmicas transparentes dopadas com íons terras raras trivalentes, como meios ativos para lasers na região espectral do infravermelho próximo. Em particular, cerâmicas dopadas com altas concentrações de Nd3+ e Yb3+ são muito estudadas pela possibilidade de gerar emissão laser de alta potência em torno de 1,0 mm. Embora a cerâmica transparente de titanato zirconato de chumbo e lantânio (PLZT), com composição La/ Zr/Ti = 9/65/35, seja originalmente reconhecida por suas propriedades ferroelétricas e eletro-ópticas, a mesma também apresenta características interessantes como matriz hospedeira de íons oticamente ativos. Recentemente, de Camargo et al. realizaram vários estudos espectroscópicos que comprovam a potencialidade laser de amostras dopadas com Yb3+, Er3+, Tm3+ e em especial Nd3+. Apesar de a cerâmica PLZT:Nd ser a mais promissora, se comparada a líder de mercado YAG:Nd (sistema ítrio-alumínio garnet dopado com neodímio), ainda não foi possível obter ação laser da primeira, devido à presença de fases espúrias (imperceptíveis a olho nu), que comprometem a qualidade óptica do material, especialmente para concentrações de dopagem maiores que 1,0% peso de Nd2O3. Uma vez que a qualidade estrutural tem implicação direta na qualidade óptica/espectroscópica de materiais ópticos, faz-se necessário estender os estudos visando otimizar a obtenção de amostras transparentes com mais altos níveis de dopagem. Neste trabalho apresenta-se um método alternativo para a dopagem da matriz PLZT com os íons TR = Nd3+ e Yb3+, e utiliza-se de várias técnicas (DR-X, DTA-TG, FT-IR, Raman, RMN e Luminescência), para caracterizar os compostos precursores e/ou produtos. O novo método baseia-se na obtenção prévia de óxidos precursores dopados, seguida da utilização destes para o preparo das cerâmicas PLZT:TR. As caracterizações foram conduzidas em função da concentração de dopantes (0,1 4,0% peso TR2O3), comparativamente ao método de dopagem convencional utilizado nos trabalhos anteriores. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear em sólidos em 207Pb, mostrou-se uma ferramenta bastante útil na elucidação de questões estruturais desses sistemas tão complexos. Como os íons paramagnéticos Nd3+ e Yb3+ não podem ser diretamente acessados por RMN, a estratégia para caracterizar suas distribuições espaciais foi investigar suas respectivas mímicas diamagnéticas Y3+ e Sc3+ (núcleos 45Sc e 89Y). Resultados de DR-X apresentam menor formação de fase secundária nas amostras preparadas via método alternativo, sendo identificado as fases secundárias como (La,Nd)2(Zr,Ti)2O7 (estrutura do tipo pirocloro), ZrO2 em fase parcialmente monoclínica e cúbica e ZrO2 em fase cúbica, das amostras dopadas com Nd3+, Y3+ e Yb3+, respectivamente. De acordo com os resultados de DR-X, experimentos de RMN permitiram melhor avaliação quanto a inserção do íon dopante a medida que há formação de fase secundária e mostraram que a inserção dos íons dopantes é homogênea, bem como resultados de luminescência, com o limite de solubilidade do íon dopante sempre menor do que o necessário para que seja observado supressão da luminescência dos íons emissores. / In recent years, there has been a great interest for rare-earth (RE) doped transparent ceramics as near-infrared laser active media. Particularly, Nd3+ and Yb3+-doped ceramics are of special interest due to the possibility of generating high power emissions at around 1.0 mm. Even though lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) ceramics, with composition La/Zr/Ti = 9/65/35, are mostly known by their ferroelectric and electro-optic properties, recent works by de Camargo et al. have also indicated their potentiality as laser active media. In this regard, the most promising system is PLZT:Nd (as compared to YAG:Nd - neodymium-doped yttrium aluminium garnet), however, laser action of the former has not yet been possible, the reason lying in the presence of secondary phases (invisible to the naked eye) that compromise the optical quality of the ceramics, especially for samples with concentration higher than 1.0 wt% Nd2O3. Since the structural quality of samples has a direct implication on their spectroscopic and optical qualities, the goals pursued in this work are to present means to obtain highly transparent samples with higher incorporation of dopants, as well as to understand some fundamental questions regarding the microstructure of PLZT:RE ceramics. Thus, an alternative method, based on the obtainment of RE-doped precursor oxides, is presented for the synthesis of PLZT:RE and several techniques (XRD, DTA-TG, FT-IR, Raman, NMR and Luminescence) are used to characterize the samples, as a function of doping concentration (0,1 4,0 wt% RE2O3). These studies are done in comparison to the conventional method used in previous works. Solid state NMR spectroscopy of 207Pb proved to be a very useful tool for the understanding of these complex systems. Because Nd3+ and Yb3+ are paramagnetic and thus inaccessible by NMR, the strategy used for the characterization of their spatial distribution was to study samples doped with their respective diamagnetic mimics Sc3+ and Y3+ (45Sc and 89Y nuclei). XRD results have shown formation of less secondary phase for samples prepared by alternative method, being identified as secondary phase pyrochlore structure (La,Nd)2(Zr,Ti)2O7, partially monoclinic/cubic ZrO2 and cubic ZrO2 of the samples doped with Nd3+, Y3+ and Yb3+ respectively. NMR measurements allowed to make proposals about dopant ion insertion while secondary phase is formed and showed homogeneous distribution of dopant into the matrix, aswell luminescence measurements with maximum dopant solubility being less than enough to show any suppression of luminescence.

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T01:53:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FernandezChillcce_Enver_D.pdf: 7309346 bytes, checksum: be836197654a767d0622dc9b2349506e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Sistemas de transmissão de informação de grande capacidade, isto é, em termos de velocidade e transmissão de informação por longas distâncias, na área das comunicações ópticas demanda a fabricação de amplificadores de grande largura de banda. Logo, há necessidade de fabricar dispositivos com estas características. Dispositivos amplificadores baseados em vidros teluritos se enquadram dentro deste grupo de amplificadores de grande largura de banda e estes poderiam resolver este tipo de demanda. Nas últimas décadas muitas pesquisas voltaram-se ao desenvolvimento de amplificadores baseados em vidros teluritos e a caracterização deste tipo de materiais é importante hoje em dia. Neste trabalho apresenta-se primeiramente a caracterização estrutural, térmica, mecânica e óptica dos vidros teluritos devido à influência de composição dos constituintes TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5. Logo a partir de vidros com composições adequadas, conseguiu-se fabricar tubos e barras com a finalidade de construir as pré-formas das fibras dos vidros teluritos. Apresentam-se métodos inéditos de sucção e centrifugação para a fabricação de barras e tubos de vidros teluritos. São demonstrados pela primeira vez os processos de fabricação das fibras ópticas convencionais (casca-núcleo) e fotônicas (micro-estruturas) dopadas com íons de Er 3+ e co-dopadas com íons de Tm3+ . Reportamos medidas de largura de banda de emissão, obtidas a partir dos espectros de emissão espontânea amplificada (ASE). Conseguimos mostrar uma largura de banda de emissão de 187nm usando uma fibra óptica dopada com 7500ppm de Er2O3 e co-dopada com 5000ppm de Tm2O3, a qual representa um dos maiores valores já reportadas até o momento. Foram realizadas medidas experimentais de tempo de vida do nível 4I13/2 dos íons de Er3+, usando lasers de bombeio de 790 (400mW) e 980nm (120mW), para fibras dopadas com íons de Er3+ e co-dopadas com diversas concentrações dos íons de Tm3+. Medidas da eficiência quântica de probabilidade de transição radiativa são demonstradas a partir de medidas do tempo de vida experimental e tempo de vida calculado, este último usando a teoria de Judd-Ofelt. O estudo do processo de transferência de energia (TE1) entre os níveis de 4I13/2 e 3F4 é realizado com a finalidade de analisar a eficiência quântica de amplificação em 1550nm / Abstract: In optical communications, high capacity information transmission systems demand broadband optical amplifiers. Therefore, it has become increasingly necessary to manufacture devices with such characteristics. Optical amplifier devices based on Tellurite glasses are ideal for manufacturing broadband optical amplifiers. In the last few decades, most researchers have focused on developing amplifiers based on Telluirte glass. As a consequence, Tellurite glass characterization is essential nowadays. In this work, we will report the structural, thermal, mechanical and optical characterization of tellurite glass as a function of TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5 composition. From an optimum composition Tellurite glass, it was possible to fabricate tubes and rods for optical fiber pre-forms. Moreover, the novel methods of suction and centrifugation used to fabricate Tellurite glass tubes and rods are shown. For the first time we are reporting the fabrication of conventional core-clad and photonic Tellurite optical fibers with an Er3+-Tm3+ co-doped core. Also, we will report bandwidth measurements from amplified spontaneous emission (ASE) spectra. We have shown a 187nm (the highest broadband value reported) using a 7500ppm Er2O3- 5000ppm Tm2O3 co-doped tellurite optical fiber. In addition, measurements of 4I13/2 level lifetimes for Er3+ - doped tellurite optical fibers and Er3+ -Tm3+ co-doped tellurite optical fibers were taken using 790nm (420mW) and 980nm (120mW) pump lasers. We report the quantum efficiency measurements of radiative transition probability obtained from calculated and measured lifetimes. The calculated lifetime was obtained using the Judd-Ofelt teory. Finally, the study of energy transfer (ET) processes between 4I13/2 and 3F4 levels was carried out in order to observe the amplification quantum efficiency around 1550nm band / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Pascoal Jose Giglio Pagliuso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T01:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bittar_EduardoMatzenbacher_M.pdf: 1910389 bytes, checksum: 05b3ae1670a1bb296e2272ede7101d48 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Primeiramente sintetizados por Remeika et al., para M = Rh, em 1980, os compostos intermetálicos ternários do tipo R3M4S n13, onde R = íon de terra rara e M = metal de transição (por exemplo, Rh, Ir e Co), cristalizam-se em uma estrutura cúbica. Apesar de possuírem uma estrutura cristalina relativamente simples, esses sistemas apresentam uma série de propriedades físicas interessantes que resultam da combinação de interações microscópicas fundamentais tais como: interaçãoes magnéticas tipo RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida), efeitos de campo cristalino, acoplamento elétron-fónon e efeito Kondo. Dentro dessas séries, podemos encontrar, por exemplo, materiais supercondutores, férmions pesados, metais com ordenamentos magnéticos e paramagnéticos. Neste trabalho descrevemos o processo de síntese e as propriedades físicas para a série inédita com M = Co, que apesar de possuir suas estruturas catalogadas, jamais teve suas propriedades físicas reportadas (ao menos que tenhamos conhecimento). Monocristais de R3Co4Sn13, onde R = La, Ce, Pr, Nd e Gd, foram crescidos pela técnica de fluxo metálico. A estrutura cristalina desses compostos intermetálicos foi determinada por difração de raios X. Eles se cristalizam em uma estrutura cúbica tipo Yb3Rh4Sn13, grupo espacial Pm-3n, que apresenta 40 átomos por célula unitária. Medidas de susceptibilidade magnética, calor específico e resistividade elétrica foram realizadas nesses monocristais. Esses compostos ordenam-se antiferromagneticamente em baixas temperaturas (TN < 15 K) para R = Nd e Gd, enquanto o Pr3Co4Sn13 é paramagnético até 2 K. O composto de Ce3Co4Sn13 apresenta um comportamento tipo férmion pesado e o La3Co4Sn13 é um paramagneto de Pauli que sofre uma transição supercondutora em 2,3 K. Através de um modelo de campo médio (desenvolvido por colaboradores) que considera interações magnéticas entre primeiros vizinhos e efeitos de campo cristalino cúbico, ajustou-se simultaneamente as curvas de susceptibilidade magnética e calor específico obtendo-se os parâmetros A4 e A6 que caracterizam o potencial do campo cristalino cúbico para a série de intermetálicos R3Co4Sn13. Observou-se que estes parâmetros independem da terra rara, sofrendo variação apenas para o composto de Ce / Abstract: Firstly synthesized by Remeika et al., for M = Rh, in 1980, the intermetallic compounds R3M4Sn13, where R = rare-earth ion and M = transition-metal (for exemple, Rh, Ir and Co), crystallizes with a cubic structure. These compounds include, for instance, superconducting materials, heavy-fermions, magnetic materials and paramagnetic metals. Complex magnetic ordering, crystalline electrical field effects (CEF) and Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) magnetic interaction are interesting physical phenomenal found in systems of these family, despite of their simple cubic structure. These facts make this series an excellent class of compounds to explore the interplay between these physical properties. In this work we describe the synthesis process and the physical properties of a novel serie of R3M4Sn13 for M = Co and R = La, Ce, Pr, Nd and Gd. R3Co4Sn13 single crystals were grown from metallic flux. Measurements of X-ray diffraction, magnetic susceptibility, heat capacity and electrical resistivity were performed. They crystallize in a cubic Yb3Rh4Sn13 type structure, space group Pm-3n, which has 40 atoms per unit cell. These compounds order antiferromagnetically at low temperature (TN < 15 K) for R = Nd and Gd, while Pr3Co4S n13 is paramagnetic down to 2K. The Ce3C o4Sn13 compound display heavy fermion behavior at low temperature and La3Co4Sn13 is a Pauli paramagnetic which superconducts at 2.3 K. With a mean field model (developed by collaborators) which considers magnetic interactions for the first neighbors and a cubic CEF, we fit simultaneously the magnetic susceptibility and heat capacity data obtaining the CEF parameters A4 and A6 that characterize the CEF potential for the R3Co4Sn13 intermetallic series. We observed that theses parameters are rare-earth independents, being the Ce-base compound the only exception / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Ítalo Odone Mazali, Fernando Aparecido Sigoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T16:11:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_LauraBissolide_M.pdf: 5917459 bytes, checksum: 84ba21daf327140c83f0038b51e81366 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No presente trabalho, buscou-se avaliar as mudanças promovidas pela substituição parcial e total de TiO2 por GeO2 em vidros niobofosfato co-dopados com Er/Yb previamente estudados pelo grupo. Uma série de sistemas vítreos de composições 20Na2O-30Nb2O5-(5-y-z)Al2O3-30P2O5-(15-x)TiO2-xGeO2-yEr2O3-zYb2O3 com x = (0; 5; 10; 15), y = (0; 1), z = (0; 2) mol%, obtidos por fusão-resfriamento, foram investigados quanto à sua estrutura, propriedades ópticas e de luminescência. Análises de FTIR e Raman sugerem que a estrutura de vidro não se altera de forma significativa ao longo da série de substituições de TiO2 por GeO2 e, consequentemente, a coordenação dos elementos devem se manter semelhantes. Na literatura reporta-se que íons Ge têm preferencialmente coordenação 4; entretanto, nos sistemas estudados, sugere-se que o Ge apresente coordenação 6, semelhante à do Ti substituído. Esta proposição é confirmada pelos espectros de P MAS-NMR, os quais indicam que os vidros possuem cadeias majoritariamente do tipo pirofosfato, sem mudança no grau de polimerização com as substituições. Também pôde-se confirmar a manutenção da coordenação com os resultados obtidos da fotoluminescência dos sistemas vítreos co-dopados, nos quais os tempos de vida de emissão do íon Er (5 ms) e parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt dos diferentes sistemas vítreos são muito semelhantes entre si, e o processo de emissão de upconversion dos vidros dopados envolve 1,5 fótons. Quanto ao comportamento térmico, observa-se que os vidros contendo maior proporção de GeO2 têm maior estabilidade térmica e são, portanto, mais resistentes à desvitrificação quando comparado às composições contendo mais TiO2 / Abstract: The aim of this work was to study the changes promoted by partial and complete substitution of TiO2 by GeO2 in Er/Yb co-doped niobophosphate glasses previously studied by the group. A series of glasses with composition 20Na2O-30Nb2O5-(5-y-z)Al2O3-30P2O5-(15-x)TiO2-xGeO2-yEr2O3-zYb2O3 with x = (0; 5; 10; 15), y = (0; 1), z = (0; 2) mol%, prepared by quenching-melt process, were investigated with respect to their structural, optical and luminescence properties. FTIR and Raman analysis suggest that the glassy chains didn¿t suffer relevant modifications with the TiO2 substitutions by GeO2 and as a consequence, the coordination of the ions weren¿t affected. The coordination of the Ge ion is reported as mainly thetraedral; however, in the present work, is suggested that Ge ion has an octahedral coordination, as well the TiO2 substituted. This proposition is confirmed by the P MAS-NMR spectra, which showed mainly pyrophosphate chains of the different glasses, without changings in their polymerization after the substitutions. The similar ions coordination was also confirmed by the photoluminescence behavior of the different co-doped samples, which showed equal Er emission decay lifetimes (5 ms) and Judd-Ofelt intensity parameters, and the upconversion emission process involved 1,5 photons. Regarding the thermal behavior, it is noted that the glasses containing higher proportions of GeO2 have higher thermal stability and are therefore more resistant to devitrification when compared to compositions containing more TiO2 / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestra em Química