Neste trabalho, propusemos um método autoconsistente de espaço direto para o calculo de estrutura eletrônica. O método se baseia no formalismo LNTO -ASA na representação fortemente ligada (light-binding) e no método de recorrência aliado ao terminador de Beer & Pettifor. Neste método o custo computacional cresce linearmente com o numero de átomos não equivalentes na cela primitiva sendo, portanto, ideal para tratar sistemas complexos que não apresentam periodicidade ou que possuem um grande numero de átomos não equivalentes por cela primitiva. Podemos, por exemplo, estudar de forma autoconsistente a estrutura eletrônica das vizinhanças de uma impureza com um custo computacional apenas cinco ou seis vezes maior que o de um metal puro. O método aqui proposto tem a vantagem adicional de ser fisicamente transparente. Para avaliarmos a eficácia do método, comparamos nossos resultados autoconsistentes obtidos para a liga cristalina ZR IND.2FE com os resultados obtidos pelo processo autoconsistente de espaço reciproco. O material em questão tem uma estrutura cristalina simples com seis átomos por cela primitiva e o calculo de estrutura eletrônica pode ser resolvido por métodos usuais de espaço reciproco. A presença do FE com sua banda d estreita e com uma alta densidade de estados no nível de Fermi tornara o processo de convergência não trivial. / In this work we have proposed a first-principles selfconsistent method which allows us to perform electronic structure calculations in real space. The scheme, based on the LNTO ASA formalism and the Recursion Method, enables us to evaluate the electronic structures of complex systems, with good degree of precision and low computational costs. Using Zr 2 Fe as test case, we compare our real-space results with those obtained in reciprocal space using the standard LMTO - ASA procedure. The agreement is very good showing the efficiency of the real-space approach. We note that the real-space method developed here presents advantages for the evaluation of local properties and can be applied for non-periodic systems. For instance, we can describe the electronic structure in a large region around a substitutional impurity with very little cost. lf we consider five shells around the impurity the cost in real-space will be about seven times the cost of the calculation for a mono atomic system.

Neste trabalho, propusemos um método autoconsistente de espaço direto para o calculo de estrutura eletrônica. O método se baseia no formalismo LNTO -ASA na representação fortemente ligada (light-binding) e no método de recorrência aliado ao terminador de Beer & Pettifor. Neste método o custo computacional cresce linearmente com o numero de átomos não equivalentes na cela primitiva sendo, portanto, ideal para tratar sistemas complexos que não apresentam periodicidade ou que possuem um grande numero de átomos não equivalentes por cela primitiva. Podemos, por exemplo, estudar de forma autoconsistente a estrutura eletrônica das vizinhanças de uma impureza com um custo computacional apenas cinco ou seis vezes maior que o de um metal puro. O método aqui proposto tem a vantagem adicional de ser fisicamente transparente. Para avaliarmos a eficácia do método, comparamos nossos resultados autoconsistentes obtidos para a liga cristalina ZR IND.2FE com os resultados obtidos pelo processo autoconsistente de espaço reciproco. O material em questão tem uma estrutura cristalina simples com seis átomos por cela primitiva e o calculo de estrutura eletrônica pode ser resolvido por métodos usuais de espaço reciproco. A presença do FE com sua banda d estreita e com uma alta densidade de estados no nível de Fermi tornara o processo de convergência não trivial. / In this work we have proposed a first-principles selfconsistent method which allows us to perform electronic structure calculations in real space. The scheme, based on the LNTO ASA formalism and the Recursion Method, enables us to evaluate the electronic structures of complex systems, with good degree of precision and low computational costs. Using Zr 2 Fe as test case, we compare our real-space results with those obtained in reciprocal space using the standard LMTO - ASA procedure. The agreement is very good showing the efficiency of the real-space approach. We note that the real-space method developed here presents advantages for the evaluation of local properties and can be applied for non-periodic systems. For instance, we can describe the electronic structure in a large region around a substitutional impurity with very little cost. lf we consider five shells around the impurity the cost in real-space will be about seven times the cost of the calculation for a mono atomic system.

Neste trabalho estudamos propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas de complexos de cobre em duas classes de ligantes semelhantes com potenciais aplicações nas áreas de nanotecnologia e farmacologia. A primeira classe de ligantes é do tipo bases de Schiff, conhecidas por sua vasta gama de aplicações em química e biologia, aqui estudadas como miméticos de sítios de proteínas e também como potenciais metalo-fármacos. Procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações obtidas experimentalmente com as obtidas através de cálculos de estrutura eletrônica. Em especial, no estudo da competição pelo íon Cu entre as bases de Schiff e a proteína albumina, mostramos a influência de diversos fatores como, por exemplo, a geometria dos ligantes e a sua estrutura eletrônica. A segunda classe estudada é constituída de bases modificadas de DNA com a habilidade de complexar metais (espécie [M-DNA]) e formar estruturas com acoplamento ferromagnético. Observamos para as espécies [M-DNA] que o acoplamento ferromagnético é estabilizado através de dois efeitos: a) diferentes estados de carga que podem gerar distorções na coordenação quadrado planar; b) a adição do backbone do DNA. Utilizamos neste estudo o método Projector Augmented Wave (PAW) e também bases locais dentro da Teoria do Funcional da Densidade, atrav´es dos c´odigos computacionais CP-PAW e Gaussian03. / We studied structural, electronic and magnetic properties of copper complexes with two similar classes of ligands with potential applications in nanotechnology or pharmacology. The first class of compounds consists of Schiff bases and corresponding copper complexes. We investigated structural and electronic properties of these complexes searching for correlations among the information obtained experimentally and by electronic structure calculations. In special, in the study of the competition for the Cu ion between Schiff bases and the albumin protein, we show the influence of different factors such as the geometry of the ligands and their electronic structure. The second class of ligands focused in our studies are modified DNA bases coordinated to copper, where EPR studies have shown ferromagnetic interactions among the metal centers. We studied in this case the influence of the charge state and of the backbone in the magnetization of the Cu chain. In all cases presented here, we used ab-initio electronic structure calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). This has been done using the CP-PAW code and the Gaussian03 code.

Neste trabalho estudamos propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas de complexos de cobre em duas classes de ligantes semelhantes com potenciais aplicações nas áreas de nanotecnologia e farmacologia. A primeira classe de ligantes é do tipo bases de Schiff, conhecidas por sua vasta gama de aplicações em química e biologia, aqui estudadas como miméticos de sítios de proteínas e também como potenciais metalo-fármacos. Procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações obtidas experimentalmente com as obtidas através de cálculos de estrutura eletrônica. Em especial, no estudo da competição pelo íon Cu entre as bases de Schiff e a proteína albumina, mostramos a influência de diversos fatores como, por exemplo, a geometria dos ligantes e a sua estrutura eletrônica. A segunda classe estudada é constituída de bases modificadas de DNA com a habilidade de complexar metais (espécie [M-DNA]) e formar estruturas com acoplamento ferromagnético. Observamos para as espécies [M-DNA] que o acoplamento ferromagnético é estabilizado através de dois efeitos: a) diferentes estados de carga que podem gerar distorções na coordenação quadrado planar; b) a adição do backbone do DNA. Utilizamos neste estudo o método Projector Augmented Wave (PAW) e também bases locais dentro da Teoria do Funcional da Densidade, atrav´es dos c´odigos computacionais CP-PAW e Gaussian03. / We studied structural, electronic and magnetic properties of copper complexes with two similar classes of ligands with potential applications in nanotechnology or pharmacology. The first class of compounds consists of Schiff bases and corresponding copper complexes. We investigated structural and electronic properties of these complexes searching for correlations among the information obtained experimentally and by electronic structure calculations. In special, in the study of the competition for the Cu ion between Schiff bases and the albumin protein, we show the influence of different factors such as the geometry of the ligands and their electronic structure. The second class of ligands focused in our studies are modified DNA bases coordinated to copper, where EPR studies have shown ferromagnetic interactions among the metal centers. We studied in this case the influence of the charge state and of the backbone in the magnetization of the Cu chain. In all cases presented here, we used ab-initio electronic structure calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). This has been done using the CP-PAW code and the Gaussian03 code.

Neste trabalho realizamos um estudo do comportamento do momento magnético e do deslocamento isomérico de uma impureza intersticial de Fe em hospedeiros metálicos de valências 4 (Ti, Zr), 3 (Sc, Y). Investigamos também impurezas intersticiais e substitucionais de Mo e Fe em hospedeiros divalentes. Para realizar este estudo fizemos cálculos de estrutura eletrônica utilizando o RS-LMTO-ASA (\"Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Spherical Approximation\"), um método de primeiros princípios dentro da aproximação do funcional densidade local, implementado no espaço real. Calculamos o momento magnético no sítio da impureza nos sistemas acima e constatamos que a impureza intersticial de Fe é não magnética nos hospedeiros de valências 4 e 3, e que tanto as impurezas intersticiais como as substitucionais podem apresentar momento magnético nos hospedeiros divalentes. Mostramos que para os sistemas divalentes o momento magnético depende fortemente da relaxação. Os nossos resultados são explicados através de um modelo simples, baseado no modelo de Wolff. Investigamos também o comportamento do deslocamento isomérico no sítio da impureza de Fe nesses vários sistemas. Constatamos que os nossos resultados concordam razoavelmente bem com os dados experimentais e explicam o comportamento das tendências observadas. / In the present work, we have studied the magnetic moments and the behavior of the isomer shift at the interstitial Fe impurity site in Ti, Sc, Zr and Y hosts. We have also investigated interstitial and substitutional Fe and Mo impurities in Ca, Sr and Yb hosts. To perform the calculations, we have used the RS-LMTO-ASA scheme, a first principles method, within the local spin density approximation, implemented in real space. We calculated the magnetic moments at the impurity site in the above systems and all the substitucional impurities are found to be magnetic. The results show that interstitial Fe is non-magnetic in the tri- and tetravalent hosts, but interstitial Fe and Mo impurities could develop local magnetic moment in divalent hosts. \'We show that the magnetic moment at the impurity site in these divalent hosts is strongly dependent on lattice relaxation. The results can be explained using simple arguments based on Wolff model. We have investigated in a systematic way the behavior of the isomer shift of Fe impurities in these systems. We observed that our results are in generally good agreement with experiment and lead to better understanding of the observed trends in terms of the volume occupied by the Fe in each host.

Neste trabalho utilizamos o método k.p na aproximação de função envelope, que é uma ferramenta muito útil para a solução de problemas relacionados a heteroestruturas em geral. Apresentamos a análise de heteroestruturas semicondutoras com confinamento espacial nas três direções de crescimentos {Quantum Dots}, utilizando o Hamiltoniano de Kane (8x8) em sua forma generalizada para descrever os estados do elétrons na banda de condução e na banda valência. Fazendo uso dessa ferramenta foram realizadas simulações de estruturas de banda em sistemas quase zero-dimensionais de InAs em matrizes de GaAs, em vários formatos e dimensões e sob diferentes estados de tensionamento. Um estudo sistemático de como as propriedades geométricas e as dimensões de um dado sistema podem influenciar os estados eletrônicos do mesmo foi também realizado, onde puderam ser confirmadas a presença de estados localizados e a sensibilidade do comportamento dos estados eletrônicos a estas propriedades. Pudemos observar um deslocamento para o vermelho no espectro de fotoluminescência com o aumento das dimensões do sistemas estudados. Foram ainda realizados cálculos de {Quantum Dots} de InN em matriz de GaN, que permitem explorar outras regiões do espectro eletromagnético e observamos o comportamento dos mesmos sob estados de tensionamentos diferentes. Com base nos autoestados do sistema foram calculados espectros de fotoluminescência para as heteroestruturas aqui estudadas, permitindo uma comparação direta com resultados experimentais. Como pode-se verificar o strain exerce importância primordial na determinação dos estados eletrônicos dos sistemas estudados e na presença do hidrostático pode-se verificar mudanças apreciáveis na resposta óptica do material, onde pode ser observado um deslocamento para o azul quando levado em consideração a presença de um hidrostático. / In this work, we use the k.p method in the approximation of the envelope function, that is a very useful tool, to the solution of heterostructure related problems. We present a semiconductor heterostructure analysis with confinement on the three directions (Quantum Dots), using the Kane Hamiltonian (8x8) on its generalized form to describe electron eigenstates on the conduction and valence bands. Using this tool, we have made band structure simulations in quasi zero-dimensional systems of InAs in GaAs matrices, in diverse shapes and dimensions and on different tension states. A systematic study of how the geometrical properties and dimensions of a given system could influence the electronic states was also done. There can be confirmed the presence of localized states and the sensitivity of the electronic states to these properties.We could observe a deviation to the red on the photoluminescence spectrum with the increase of the system dimensions. There were also made calculations on InN dots in a GaN matrix, which allow to explore other electromagnetic spectral regions and we have studied their behavior under different tension states. From the system eigenvalues, we calculated the photoluminescence spectra from the heterostructures studied here, allowing a direct comparison with experimental results. It can be verified that the strain is is extremely important on the determination of the electronic states of the studied systems in the presence of an hydrostatic strain. We could observe important modifications on the optical responseof the material, where there is a deviation to the blue when it is considered the presence of the hydrostatic strain.

A termodinâmica computacional é uma ferramenta capaz de fornecer informações básicas sobre soluções e concentração de seus constituintes, em um dado sistema complexo a uma certa temperatura e pressão. Nos últimos anos, a união entre a teoria do funcional da densidade e a termodinâmica computacional tem renovado o estudo dos materiais intermetálicos ordenados, uma vez que os cálculos de estrutura eletrônica de primeiros princípios são hoje capazes de proporcionar resultados extremamente precisos para as energias de formação de compostos estequiométricos. Dentro deste contexto, investigamos os diagramas de fases dos sistemas Fe-Al, Mo- Fe, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al na estrutura cúbica de corpo centrado utilizando o método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves(FP-LAPW) aliado ao Método Variacional de Clusters(CVM) na aproximação do tetraedro irregular. Através do método FP-LAPW determinamos a energia total de configurações cristalinas dos sistemas cúbicos de corpo centrado. Esses valores são utilizados como parâmetros de entrada do CVM para a determinação do potencial termodinâmico do sistema em suas diferentes fases e os correspondentes equilíbrios entre essas fases em função da composição e da temperatura (diagrama de fases). Embora o Fe-Al tenha grande interesse tecnológico, o seu comportamento magnético é bastante complicado. A inclusão de Cr na liga de Fe-Al tem um alto interesse industrial na utilização desta ligas em altas temperaturas, mas o banco de dados referentes as caracteristicas estruturais e eletrônicas são escassos. Neste contexto de aplicações procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações experimentais com as obtidas via cálculo de estrutura eletrônica e o CVM. / Thermodynamics is a computational tool capable of providing information basics solutions and concentrations of constituents in a given complex system at a given temperature and pressure. In recent years, the union between the density functional theory and computational thermodynamics has renewed study of ordered intermetallic materials, since the electronic structure calculations from first principles are now able to provide extremely accurate results for the energies of formation of stoichiometric compounds. in this context, we investigate the phase diagrams of the systems Fe-Al, Fe- Mo, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al in the body-centered cubic structure using the method Full-Potential Linear Augmented Plane Waves (FP-LAPW) ally the clusters variational method(CVM) in approximation of the tetrahedron irregular. Through the FP-LAPW method determines the total energy of the crystal with configurations body centered cubic systems. These values are used as input parameters of the CVM for the determination of the thermodynamic potential of the system in its different phases and the corresponding equilibrium between these phases as a function of composition and temperature (phase diagram). Although the Fe-Al has a great interest technology, its magnetic behavior is quite complicated. The inclusion of Cr in Fe-Al alloy has a high industrial interest in using this alloy in high temperatures, but the database regarding the structural characteristics and electronics are scarce. In this context we seek to investigate the application structural and electronic characteristics correlate the information seeking experiments with those obtained via the electronic structure calculation and the CVM.

Neste trabalho utilizamos o método k.p na aproximação de função envelope, que é uma ferramenta muito útil para a solução de problemas relacionados a heteroestruturas em geral. Apresentamos a análise de heteroestruturas semicondutoras com confinamento espacial nas três direções de crescimentos {Quantum Dots}, utilizando o Hamiltoniano de Kane (8x8) em sua forma generalizada para descrever os estados do elétrons na banda de condução e na banda valência. Fazendo uso dessa ferramenta foram realizadas simulações de estruturas de banda em sistemas quase zero-dimensionais de InAs em matrizes de GaAs, em vários formatos e dimensões e sob diferentes estados de tensionamento. Um estudo sistemático de como as propriedades geométricas e as dimensões de um dado sistema podem influenciar os estados eletrônicos do mesmo foi também realizado, onde puderam ser confirmadas a presença de estados localizados e a sensibilidade do comportamento dos estados eletrônicos a estas propriedades. Pudemos observar um deslocamento para o vermelho no espectro de fotoluminescência com o aumento das dimensões do sistemas estudados. Foram ainda realizados cálculos de {Quantum Dots} de InN em matriz de GaN, que permitem explorar outras regiões do espectro eletromagnético e observamos o comportamento dos mesmos sob estados de tensionamentos diferentes. Com base nos autoestados do sistema foram calculados espectros de fotoluminescência para as heteroestruturas aqui estudadas, permitindo uma comparação direta com resultados experimentais. Como pode-se verificar o strain exerce importância primordial na determinação dos estados eletrônicos dos sistemas estudados e na presença do hidrostático pode-se verificar mudanças apreciáveis na resposta óptica do material, onde pode ser observado um deslocamento para o azul quando levado em consideração a presença de um hidrostático. / In this work, we use the k.p method in the approximation of the envelope function, that is a very useful tool, to the solution of heterostructure related problems. We present a semiconductor heterostructure analysis with confinement on the three directions (Quantum Dots), using the Kane Hamiltonian (8x8) on its generalized form to describe electron eigenstates on the conduction and valence bands. Using this tool, we have made band structure simulations in quasi zero-dimensional systems of InAs in GaAs matrices, in diverse shapes and dimensions and on different tension states. A systematic study of how the geometrical properties and dimensions of a given system could influence the electronic states was also done. There can be confirmed the presence of localized states and the sensitivity of the electronic states to these properties.We could observe a deviation to the red on the photoluminescence spectrum with the increase of the system dimensions. There were also made calculations on InN dots in a GaN matrix, which allow to explore other electromagnetic spectral regions and we have studied their behavior under different tension states. From the system eigenvalues, we calculated the photoluminescence spectra from the heterostructures studied here, allowing a direct comparison with experimental results. It can be verified that the strain is is extremely important on the determination of the electronic states of the studied systems in the presence of an hydrostatic strain. We could observe important modifications on the optical responseof the material, where there is a deviation to the blue when it is considered the presence of the hydrostatic strain.

A termodinâmica computacional é uma ferramenta capaz de fornecer informações básicas sobre soluções e concentração de seus constituintes, em um dado sistema complexo a uma certa temperatura e pressão. Nos últimos anos, a união entre a teoria do funcional da densidade e a termodinâmica computacional tem renovado o estudo dos materiais intermetálicos ordenados, uma vez que os cálculos de estrutura eletrônica de primeiros princípios são hoje capazes de proporcionar resultados extremamente precisos para as energias de formação de compostos estequiométricos. Dentro deste contexto, investigamos os diagramas de fases dos sistemas Fe-Al, Mo- Fe, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al na estrutura cúbica de corpo centrado utilizando o método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves(FP-LAPW) aliado ao Método Variacional de Clusters(CVM) na aproximação do tetraedro irregular. Através do método FP-LAPW determinamos a energia total de configurações cristalinas dos sistemas cúbicos de corpo centrado. Esses valores são utilizados como parâmetros de entrada do CVM para a determinação do potencial termodinâmico do sistema em suas diferentes fases e os correspondentes equilíbrios entre essas fases em função da composição e da temperatura (diagrama de fases). Embora o Fe-Al tenha grande interesse tecnológico, o seu comportamento magnético é bastante complicado. A inclusão de Cr na liga de Fe-Al tem um alto interesse industrial na utilização desta ligas em altas temperaturas, mas o banco de dados referentes as caracteristicas estruturais e eletrônicas são escassos. Neste contexto de aplicações procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações experimentais com as obtidas via cálculo de estrutura eletrônica e o CVM. / Thermodynamics is a computational tool capable of providing information basics solutions and concentrations of constituents in a given complex system at a given temperature and pressure. In recent years, the union between the density functional theory and computational thermodynamics has renewed study of ordered intermetallic materials, since the electronic structure calculations from first principles are now able to provide extremely accurate results for the energies of formation of stoichiometric compounds. in this context, we investigate the phase diagrams of the systems Fe-Al, Fe- Mo, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al in the body-centered cubic structure using the method Full-Potential Linear Augmented Plane Waves (FP-LAPW) ally the clusters variational method(CVM) in approximation of the tetrahedron irregular. Through the FP-LAPW method determines the total energy of the crystal with configurations body centered cubic systems. These values are used as input parameters of the CVM for the determination of the thermodynamic potential of the system in its different phases and the corresponding equilibrium between these phases as a function of composition and temperature (phase diagram). Although the Fe-Al has a great interest technology, its magnetic behavior is quite complicated. The inclusion of Cr in Fe-Al alloy has a high industrial interest in using this alloy in high temperatures, but the database regarding the structural characteristics and electronics are scarce. In this context we seek to investigate the application structural and electronic characteristics correlate the information seeking experiments with those obtained via the electronic structure calculation and the CVM.

Neste trabalho realizamos um estudo do comportamento do momento magnético e do deslocamento isomérico de uma impureza intersticial de Fe em hospedeiros metálicos de valências 4 (Ti, Zr), 3 (Sc, Y). Investigamos também impurezas intersticiais e substitucionais de Mo e Fe em hospedeiros divalentes. Para realizar este estudo fizemos cálculos de estrutura eletrônica utilizando o RS-LMTO-ASA (\"Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Spherical Approximation\"), um método de primeiros princípios dentro da aproximação do funcional densidade local, implementado no espaço real. Calculamos o momento magnético no sítio da impureza nos sistemas acima e constatamos que a impureza intersticial de Fe é não magnética nos hospedeiros de valências 4 e 3, e que tanto as impurezas intersticiais como as substitucionais podem apresentar momento magnético nos hospedeiros divalentes. Mostramos que para os sistemas divalentes o momento magnético depende fortemente da relaxação. Os nossos resultados são explicados através de um modelo simples, baseado no modelo de Wolff. Investigamos também o comportamento do deslocamento isomérico no sítio da impureza de Fe nesses vários sistemas. Constatamos que os nossos resultados concordam razoavelmente bem com os dados experimentais e explicam o comportamento das tendências observadas. / In the present work, we have studied the magnetic moments and the behavior of the isomer shift at the interstitial Fe impurity site in Ti, Sc, Zr and Y hosts. We have also investigated interstitial and substitutional Fe and Mo impurities in Ca, Sr and Yb hosts. To perform the calculations, we have used the RS-LMTO-ASA scheme, a first principles method, within the local spin density approximation, implemented in real space. We calculated the magnetic moments at the impurity site in the above systems and all the substitucional impurities are found to be magnetic. The results show that interstitial Fe is non-magnetic in the tri- and tetravalent hosts, but interstitial Fe and Mo impurities could develop local magnetic moment in divalent hosts. \'We show that the magnetic moment at the impurity site in these divalent hosts is strongly dependent on lattice relaxation. The results can be explained using simple arguments based on Wolff model. We have investigated in a systematic way the behavior of the isomer shift of Fe impurities in these systems. We observed that our results are in generally good agreement with experiment and lead to better understanding of the observed trends in terms of the volume occupied by the Fe in each host.