Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-08-25T20:38:32Z No. of bitstreams: 1 DaniloOliveiraPedreira_TESE.pdf: 7943420 bytes, checksum: 3266c07efadf03619e0cc898cba272f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-08-25T23:57:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DaniloOliveiraPedreira_TESE.pdf: 7943420 bytes, checksum: 3266c07efadf03619e0cc898cba272f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-25T23:57:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaniloOliveiraPedreira_TESE.pdf: 7943420 bytes, checksum: 3266c07efadf03619e0cc898cba272f8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Materiais em nanoescala compostos por ?tomos de boro, carbono e nitrog?nio apresentam propriedades ?nicas e podem ser ?teis no desenvolvimento de novas tecnologias. Nesta tese, investigamos algumas propriedades de nanofitas BCN com arranjo quasiperi?dico dado por uma sequ?ncia Fibonacci. Analisamos propriedades como: estabilidade estrutural, densidade eletr?nica de estados, calor espec?fico eletr?nico, estrutura de bandas e gap de energia. Realizamos c?lculos de primeiros princ?pios baseados na teoria do funcional da densidade implementado como no c?digo SIESTA. Os resultados mostraram que nanofitas com maior gera??o Fibonacci tendem a apresentar um valor fixo para a energia de forma??o. A densidade eletr?nica de estados foi utilizada para calcular o calor espec?fico. Encontramos um comportamento oscilat?rio do calor espec?fico eletr?nico, para o regime de baixas temperaturas. Analisamos a estrutura de bandas para determinar o gap de energia. O gap de energia apresenta oscila??es como fun??o do ?ndice n da gera??o Fibonacci. Nosso trabalho sugere que uma escolha apropriada dos blocos de constru??o da sequ?ncia quasiperi?dica do material pode levar a um controle do gap de energia para nanofitas quasiperi?dicas. / Nanoscale materials composed of boron, nitrogen, and carbon have unique properties and may be useful in new technologies. In this thesis, we investigate some properties of BCN nanoribbons constructed according to the Fibonacci quasiperiodic sequence. We analyze properties such as structural stability, electronic density of states, electronic specific heat, band structure, and energy band gap. We have performed first-principles calculations based on density functional theory implemented in the SIESTA code. The results showed that nanoribbons present a fixed value of the formation energy. The electronic density of states was used to calculate the specific heat. We found an oscillatory behavior of the electronic specific heat, in the low temperature regime. We analyze the electronic band structure to determine the energy band gap. The energy band gap oscillates as a function of the Fibonacci generation index n. Our work suggest that appropriate choice of the building block materials of the quasiperiodic sequence, may lead to a tuneable band gap of the quasiperiodic nanoribbons.

In random non-interacting electron systems in three-dimensional lattices with uncorrelated disorder, it has been well established that there is a metal-insulator transition, usually named Anderson transition, in which the one-electron eigenstates change their nature from extended to localized as a function of the disorder strength. In low-dimensional systems with d &#8804; 2, the scaling theory of localization predicts complete localization for any strength of the disorder. In recent years, several studies in d = 1 and d = 2 have shown a violation of the scaling theory of localization if disorder has special correlations or the system presents long-range couplings. In this work, we analyze some one-dimensional systems that do present extended states. We study the one-electron wave-packet dynamics in the one-dimensional diluted Anderson model. The disorder is diluted by introducing between each pair of random sites a new site with fixed potential. This model presents extended states in particular resonant energies which leads to a very interesting phenomena of sensitivity to the initial condition of wave-packet spread. When the electron is initially localized in a diluting site, the wave-packet presents a faster spreading than that exhibited by a wave-packet initially localized in an Anderson site. Further, we explore the exact mapping between the one-electron eigen-states of tight-binding models onto the normal vibrational modes of harmonic chains to study the nature of collective excitations in harmonics chains with diluted disorder of the mass distribution. This model presents an extended harmonic state at &#969;c with null displacement at the random masses. For a initial pulse excitation, a super-diffusive energy spread is observed, similar to the one occurring in fully disordered chains. On the other hand, for an initial displacement excitation, the energy spreads diffusively, in contrast with the slower sub-diffusive spread in fully random chains. Finally, we study the classical and quantum percolation phenomena in power-law diluted chains for which the probability of occurrence of a bond between sites separated by a distance r decays a p(r) = p/r1+_. We present the phase diagram for both classical and quantum models for the range of the decay exponent 0 < &#963; < 1. In the case of classical percolation, we explore the scaling behavior of the mass of the largest clusters to obtain the critical parameters. We found that the critical percolation probability p grows continuously towards pc(&#963; = 1) = 1. Therefore, for coupling probabilities decaying with the square of the distance, the largest cluster is finite for any degree of dilution. The fractal dimension of the percolating cluster was estimated and displays two distinct regimes for &#963; < 1/2 and &#963; > 1/2. In the limit &#963; = 0 the fractal dimension is finite and converges to Df = 1 for &#963; = 1. Performing an exact diagonalization of the Hamiltonian of finite chains and using the scaling hypothesis, we investigate also the quantum percolation transition in the spanning cluster. Our results show the existence of a phase at which the one-electron eigenstates remain exponentially localized which means that the critical percolation probability for quantum percolation is larger than that for classical percolation. Finnaly, we found that the phase of extended states appears for &#963; < 0.78. This limiting value is larger than the one reported in the literature for the emergence of extended states in Anderson models in chains with power-law decaying couplings. Therefore, the present results indicate that there is not a direct correspondence between the quantum percolation and Anderson transition in chains with long-range couplings. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Em sistemas eletrônicos tridimensionais com desordem descorrelacionada é possível ocorrer uma transição de metal-isolante, conhecida como transição de Anderson, onde os estados eletrônicos podem ser localizados ou estendidos dependendo do grau de desordem imposto ao sistema. Em sistemas de dimensionalidade baixa d &#8804; 2, sem correlações na desordem, a teoria de escala prevê que todos os estados são localizados para qualquer valor finito do grau de desordem. Entretanto, vários estudos recentes para sistemas de dimensões d = 1 e d = 2 foram feitos mostrando a presença de estados estendidos se a desordem for correlacionada ou o sistema possuir acoplamentos de longo-alcance. Neste trabalho, nós analisamos alguns sistemas desordenados unidimensionais que apresentam estados estendidos. Nós estudamos a dinâmica do pacote de onda eletrônico em um modelo de Anderson diluído em uma dimensão. A diluição é feita pela introdução de um sítio com potencial fixo entre cada dois sítios de uma cadeia desordenada. Este modelo apresenta estados estendidos em uma energia ressonante, além de uma sensibilidade ás condições iniciais do pacote de onda eletrônico. Quando o elétron é inicialmente localizado em um sítio da rede pura o pacote de onda alarga mais rapidamente do que quando o pacote de onda é posto inicialmente num sítio da sub-rede de Anderson. Explorando o mapeamento exato dos modos vibracionais em cadeias harmônicas nos auto-estados eletrônicos de modelos tight-binding, nós estudamos a natureza das excitações coletivas em cadeias harmônicas diluídas com desordem nas massas. Este modelo apresenta um modo de vibração estendido em &#969;c com deslocamento nulo das massas da cadeia de Anderson. Para uma excitação inicial tipo impulso em um sítio puro, o alargamento do pulso de energia é super-difusivo tanto na cadeia totalmente desordenada quanto na cadeia com desordem diluída. Por outro lado, para excitação por deslocamento em um sítio da cadeia pura, o alargamento do pulso de energia é difusivo, contrastando com o alargamento sub-difusivo observado em cadeias totalmente desordenadas. Por fim, nós estudamos o problema da percolação em cadeias unidimensionais com acoplamentos de longo-alcance cujas ligações são ativadas segundo a probabilidade p(r) = p/r1+_. Nós apresentamos o diagrama de fases para ambas as versões no intervalo 0 < &#963; < 1. No caso da percolação clássica, exploramos as propriedades de escala da massa dos maiores clusters para fazer estimativas dos parâmetros críticos. Nós obtivemos que a densidade de ligações entre primeiros vizinhos crítica cresce em direção a pC c (&#963; = 1) = 1. Desta forma, quando a probabilidade de ativação das ligações decai de forma quadrática, o maior cluster permanece finito para qualquer diluição das ligações. A dimensão fractal Df do cluster percolante foi obtida e apresenta dois regimes bem característicos para &#963; > 1/2 e para &#963; < 1/2. No limite de &#963; = 0 a dimensão fractal permanece finita, enquanto Df = 1 para &#963; = 1. Através da diagonalização exata do Hamiltoniano de cadeias finitas e fazendo uso da hipótese de escala por tamanho finito, nós investigamos a transição entre as fases localizada e estendida do modelo de percolação quântica no cluster infinito. Nossos resultados mostraram a existência de uma fase onde os estados eletrônicos são exponencialmente localizados, mesmo na presença de um cluster percolante, ou seja pQc > pCc . Estados verdadeiramente estendidos surgem para &#963; < 0.78. Este valor é maior do que o valor limite obtido na literatura para a ocorrência de estados estendidos em modelos de Anderson em cadeias com acoplamentos de longo-alcance. Desta forma, não há uma correspondência direta entre as transições de Anderson e de percolação quântica em cadeias com acoplamentos cuja intensidade ou freqüência decaem como uma lei de potência. Em sistemas eletrônicos tridimensionais com desordem descorrelacionada é possível ocorrer uma transição de metal-isolante, conhecida como transição de Anderson, onde os estados eletrônicos podem ser localizados ou estendidos dependendo do grau de desordem imposto ao sistema. Em sistemas de dimensionalidade baixa d &#8804; 2, sem correlações na desordem, a teoria de escala prevê que todos os estados são localizados para qualquer valor finito do grau de desordem. Entretanto, vários estudos recentes para sistemas de dimensões d = 1 e d = 2 foram feitos mostrando a presença de estados estendidos se a desordem for correlacionada ou o sistema possuir acoplamentos de longo-alcance. Neste trabalho, nós analisamos alguns sistemas desordenados unidimensionais que apresentam estados estendidos. Nós estudamos a dinâmica do pacote de onda eletrônico em um modelo de Anderson diluído em uma dimensão. A diluição é feita pela introdução de um sítio com potencial fixo entre cada dois sítios de uma cadeia desordenada. Este modelo apresenta estados estendidos em uma energia ressonante, além de uma sensibilidade ás condições iniciais do pacote de onda eletrônico. Quando o elétron é inicialmente localizado em um sítio da rede pura o pacote de onda alarga mais rapidamente do que quando o pacote de onda é posto inicialmente num sítio da sub-rede de Anderson. Explorando o mapeamento exato dos modos vibracionais em cadeias harmônicas nos auto-estados eletrônicos de modelos tight-binding, nós estudamos a natureza das excitações coletivas em cadeias harmônicas diluídas com desordem nas massas. Este modelo apresenta um modo de vibração estendido em &#969;c com deslocamento nulo das massas da cadeia de Anderson. Para uma excitação inicial tipo impulso em um sítio puro, o alargamento do pulso de energia é super-difusivo tanto na cadeia totalmente desordenada quanto na cadeia com desordem diluída. Por outro lado, para excitação por deslocamento em um sítio da cadeia pura, o alargamento do pulso de energia é difusivo, contrastando com o alargamento sub-difusivo observado em cadeias totalmente desordenadas. Por fim, nós estudamos o problema da percolação em cadeias unidimensionais com acoplamentos de longo-alcance cujas ligações são ativadas segundo a probabilidade p(r) = p/r1+_. Nós apresentamos o diagrama de fases para ambas as versões no intervalo 0 < &#963; < 1. No caso da percolação clássica, exploramos as propriedades de escala da massa dos maiores clusters para fazer estimativas dos parâmetros críticos. Nós obtivemos que a densidade de ligações entre primeiros vizinhos crítica cresce em direção a pC c (&#963; = 1) = 1. Desta forma, quando a probabilidade de ativação das ligações decai de forma quadrática, o maior cluster permanece finito para qualquer diluição das ligações. A dimensão fractal Df do cluster percolante foi obtida e apresenta dois regimes bem característicos para &#963; > 1/2 e para &#963; < 1/2. No limite de &#963; = 0 a dimensão fractal permanece finita, enquanto Df = 1 para &#963; = 1. Através da diagonalização exata do Hamiltoniano de cadeias finitas e fazendo uso da hipótese de escala por tamanho finito, nós investigamos a transição entre as fases localizada e estendida do modelo de percolação quântica no cluster infinito. Nossos resultados mostraram a existência de uma fase onde os estados eletrônicos são exponencialmente localizados, mesmo na presença de um cluster percolante, ou seja pQc > pCc . Estados verdadeiramente estendidos surgem para &#963; < 0.78. Este valor é maior do que o valor limite obtido na literatura para a ocorrência de estados estendidos em modelos de Anderson em cadeias com acoplamentos de longo-alcance. Desta forma, não há uma correspondência direta entre as transições de Anderson e de percolação quântica em cadeias com acoplamentos cuja intensidade ou freqüência decaem como uma lei de potência.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the competition among spin glass(SG), antiferromagnetism (AF) and BCS pairs formation (PAIR) in real space is investigated. The model consists of an Ising spin glass term and a local BCS term that favors double site occupation. This model is composed by two sublattices, but only spins in diferent sublattices can interact. The Ising coupling is a random variable Jij that follows a gaussian probability distribution with average - J0=N and variance J²=N. The problem is formulated in terms of functional integral formalism, where the spin operators are written as bilinear combination of Grassmann felds. Using the replica method and the static approach for the spin-spin correlation functions, we obtain the grandcanonical potential. The results are presented in phase diagrams which show T=J versus g=J for several values of J0=J (where T is the temperature and g is the pairing strength interaction). The order parameters solution indicate the PAIR phase (double ocupation of sites) when g=J is sufciently high. As the value of g=J decreases, the problem presents antiferromagnetic or spin glass solution, that dependis on the ratio J0=J. For high temperatures and any value of J0, we obtain paramagnetic solution. For values of J0 ≤ 1:5J, the SG solution appears at temperature Tf = 0:96J. In the range 1:5J < J0 ≤ 1:7J, the AF phase appears between the paramagnetic and spin glass solutions. The spin glass solution is not found when J0 > 1:7J. / Neste trabalho investiga-se a competição entre vidro de spin (SG), antiferromagnetismo (AF) e formação de pares do tipo BCS (PARES) no espaço real. O modelo consiste em um acoplamento Ising juntamente com um termo BCS local que favorece a dupla ocupação dos sítios. Neste modelo composto por duas sub-redes, o acoplamento ocorre unicamente entre spins localizados em sub-redes diferentes. O termo que acopla os spins é uma variável aleatória Jij com uma distribuição de probabilidade gaussiana, sendo a média dada por - JO=N e a variância por J²=N. O problema é formulado em termos das integrais funcionais, onde as variáveis de spin são escritas como combinações bilineares dos campos de Grassmann. Utilizando o método das réplicas e a aproximação estática para as funções correlação spinspin, obtemos o potencial grande canônico por sítio. Os resultados são apresentados através de diagramas de fases T=J versus g=J para vários valores de JO. Em todos os diagramas, quando g=J é suficientemente grande, as soluções das equações para os parâmetros de ordem indicam a presença da fase de formação de pares. À medida que diminui o valor de g=J, o problema apresenta como solução antiferromagnetismo e/ou vidro de spin, dependendo da razão JO=J. Para altas temperaturas e qualquer valor de JO, temos solução paramagnética, com m e q nulos. Para valores de JO ≤ 1; 5J, aparece a solução vidro de spin em temperatura Tf = 0; 96J. No intervalo de 1; 5J < JO ≤ 1; 7J surge uma fase antiferromagnética entre as soluções paramagnética e vidro de spin. Quando JO > 1; 7J a solução vidro de spin desaparece.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A three-equation model, based on prognostic expressions for the Richardson number, turbulent kinetic energy and wind shear is proposed to represent turbulent behavior in the nocturnal boundary layer (NBL). Integration reveals that the model variables have a complex, non-periodic behavior if different vertical levels, with energy transference among them, are considered. The solution is shown to strongly depend on parameters prescribed to the model, such as the NBL thickness (h) and the magnitude of the winds at its top (U). Small perturbations on U, of 0:001 m=s are shown to lead to very distinctive solutions after few hours of integration, and the same occurs for small perturbations in h, indicating that the model is chaotic. Bifurcation diagrams for the friction velocity dependence on both U and h are shown. For the non-periodic states of the system, the model variables relate to each other in a manner suggestive of a strange attractor. When solutions with different values of the external parameters are considered, the average dependence of the friction velocity on the Richardson number is in agreement with field observations. Friction velocity decreases as the Richardson number increases, remaining, however, finite, even for very large stability conditions. Such relationship, commonly prescribed in previous studies, arises naturally in the proposed model. / Um modelo com três equações prognósticas para o número de Richardson, energia cinética turbulenta e cisalhamento do vento é proposto para representar o comportamento da turbulência na camada limite noturna. A integração do modelo revela que suas variáveis têm um comportamento complexo e não periódico se diferentes níveis, com transferência de energia entre eles são considerados. A solução se mostra fortemente dependente aos parâmetros de entrada do modelo, tais como a altura da camada limite (h) e a magnitude do vento no seu topo (U). Pequenas perturbações em U, de 0:001 m=s, levam a soluções completamente distintas após poucas horas de integração, e o mesmo ocorre com pertubações em h, indicando que o sistema é caótico. Diagramas de bifurcação para a dependência da velocidade de fricção com U e h são mostrados. Para os estados não periódicos do sistema, a relação entre as variáveis do modelo sugerem um atrator estranho. Quando soluções com diferentes valores dos parâmetros externos são consideradas, a dependência média entre a velocidade de fricção com o número de Richardson concorda com dados observacionais. A velocidade de fricção decresce à medida que o numero de Richardson aumenta, porém, nunca se tornando nula, mesmo para condições de grande estabilidade. Tal relação, comumente prescrita em estudos anteriores, surge naturalmente no modelo proposto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the static and dynamic magnetic properties are investigated in FM/i/Cu(Ag)/i/FM tri-layer structured samples where FM is the ferromagnetic multilayer and i is the SiO2 isolating layer. All samples have been deposited by magnetron sputtering on a glass substrate with a 50 Å Ta buffer layer. The models proposed by L. Spinu for the calculus of the transverse susceptibility and by L.V. Panina for the calculus of the magnetoimpedance in a tri-layer sample were considered in order to try to describe the MI effect for the produced samples. The connection of these models permits, just knowing the ferromagnetic free energy density, the simulation of the impedance for a tri-layer in a large frequency range. The real and imaginary parts of the impedance have been measured as a function of the frequency (100 kHz up to 1.8 GHz) and of the static magnetic field (±300 Oe). It was possible, varying the FM part in the tri-layer, using FeCuNbSiB/Cu, NiFe/Cu and NiFe/Ag, and parameters as width of the metallic layer (Wm) (Cu or Ag) to control the frequency value where the MI maximum occurs. Variations up to 220 % were measured for the sample with FM = FeCuNbSiB/Cu and Wm = 1,00 mm in 300 MHz. The connection of the models and an adequate energy configuration became possible to simulate the magnetoimpedance curves as a function of the magnetic field for frequencies up to 1.4 GHz. For frequencies higher than 1.4 GHz, effects of the distribution of the field induce the appearance of positive peaks for low fields and this effect can be associated to different resonance modes that generate discordance with respect to the simulation. / Neste trabalho serão investigadas as propriedades magnéticas estáticas e em alta freqüência de amostras na forma de sanduíche formado por FM/i/Cu(Ag)/i/FM onde FM são multicamadas ferromagnéticas e i uma camada isolante de SiO2. As amostras foram produzidas por magnetron sputtering sobre substratos de vidro com um buffer de 50 Å de Ta. Os modelos propostos por L. Spinu para o cálculo da susceptibilidade transversal e L. V. Panina para o cálculo da Magnetoimpedância de uma tri-camada foram utilizados na tentativa de descrição do efeito Magnetoimpedância nas amostras produzidas. A associação destes modelos permitiu a simulação da impedância das amostras na forma de sanduíche para uma grande faixa de freqüências, conhecendo-se apenas a forma da densidade de energia livre ferromagnética. Modificando-se a composição da camada FM (FeCuNbSiB/Cu ou NiFe/Cu ou NiFe/Ag) e a largura da camada metálica não magnética (Wm) (Cu ou Ag), foi possível controlar a posição dos máximos de MI em função da freqüência. Variações de até 220 % foram obtidas para a amostra com FM = FeCuNbSiB/Cu e Wm = 1,00 mm, a uma freqüência de 300 MHz, além de uma estrutura de picos bastante peculiar. A união dos modelos e a utilização de uma descrição da configuração energética adequada possibilitaram as simulações das curvas de impedância em função do campo para freqüências até 1.4 GHz. Para valores de freqüência acima de 1.4 GHz, os efeitos da distribuição de campos internos provocam o surgimento de picos positivos próximos a campos nulos, associados possivelmente a diferentes modos de ressonância que acabaram gerando uma discordância nas simulações.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we present the results of the study of thermal stability of silicon nanowires (SiNWs), carried out by computational simulation using Monte Carlo methods. The study focuses on cylindrical nanowires grown in the [001], [110] and [111] directions with diameters up to 6nm. For the case of nanowires in the [001] direction, hollow structures have been studied. These hollow structures present a fixed 5nm external diameter and variable internal diameters. Hydrogen passivated nanowires, grown in the [111] direction, have also been studied. The Tersoff potential has been inplemented to describe the Si-Si and Si-H interactions. For the nonpassivated nanowires, the calculations show that the nanowires grown in the [110] direction are the most stable ones, with the nanowires grown in the [001] direction being determined to melt at the lower temperatures. Passivated nanowires, grown at [111] direction, are seen to melt at lower temperatures when compareted to the non-passivated nanowires with similar diameters and grown at the same direction. A fit of the melting temperatures, as a function of the diameter of the nanowires, show that the surface to bulk ratio has a great influence on the melting temperature of the Si nanowires. This study was performed using the "mcsim"code, by Prof. Dr. Ricardo Andreas Sauerwein, of the Santa Maria Federal University. / Neste trabalho apresentamos os resultados do estudo da estabilidade térmica de nanofios de silício (SiNWs), feito por meio de simulação computacional, através do método Monte Carlo. O estudo aborda nanofios com direções de crescimento [001], [110] e [111] em diâmetros de até 6 nm. Para o caso dos nanofios na direção [001] estudou-se também nanofios de silício ocos (nanotubos cristalinos) de diâmetro externo 5 nm e diâmetro interno variável. Estudou-se ainda nanofios de Si na direção [111], saturados com hidrogênio na superfície. No programa usado para realizar o estudo, fez-se uso do potencial de Tersoff, com os parâmetros para a descrição do silício e do hidrogênio, no caso dos nanofios saturados com H. Para o caso dos nanofios não saturados, determinou-se que os nanofios crescidos ao longo da direção [110] são térmicamente mais estáveis, sendo os nanofios na direção [001], os que apresentaram ponto de fusão a mais baixas temperaturas. Para a direção de crescimento [111], analizados os nanofios saturados e não saturados, verificou-se que os nanofios saturados com H apresentaram ponto de fusão em temperaturas mais baixas, comparativamente aos nanofios de mesmo diâmetro não saturados. As curvas de dados foram ajustadas com o algoritmo de extrapolação para redes finitas. O ajuste mostra que a razão áera volume dos nanofios tem grande influencia na temperatura de fusão dos SiNWs. Este estudo foi realizado com o programa mcsim (Monte Carlo Simulation), feito pelo Prof. Dr Ricardo Andreas Sauerwein, na Universidade Federal de Santa Maria.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present thesis shows a study of native defects (vacancies and antisites) in Beryllium Monoxide (BeO) by means of first principle calculations within Density Functional Theory (DFT). We made use of Local Density Aproximation (LDA) in order to approach correlation and shift term, and ultrasoft pseudopotentials in order to describe the electron-core interaction. The Kohn-Sham orbitals were described by plane waves expansion method. BeO was studied in two cristaline structures: wurtzite and zinc blend. Our results confirm the greater stability of wurtzite, as well as that both wurtzite and zinc blend are semiconductors with a broad gap. We noticed that all defects we have studied have shorter formation energy in a BeO wurtzite structure than in a zinc blend one. We showed that native defects in BeO, either in wurtzite or zinc blend, introduce levels in the forbidden band of the crystal causing considerable changes in eletronic properties, and, for some defects, we identified metal features. Charge Density and Projected State Density (PDOS) calculations allowed us to determine the origin of such levels. For vacancies, we noticed that defects levels have always originated from neighboring vacancy sites, and that. Be vacancy makes BeO to have a metal feature. In antisites, defects levels originated from the substitutional atoms themselves as well as from their neighboring atoms. When in a BeO wurtzite structure, both Be that is O substitutional in (BeO) and O that is Be substitutional in (OBe) keep the semiconductor feature of the material with a significant energy gap decrease. However, in zinc blend structure, the same defects change the semiconductor feature to metallic. / Usando cálculos de primeiros princípios, dentro do formalismo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), estudamos defeitos nativos (vacâncias e antiss´ıtios) em Mon´oxido de Ber´ılio (BeO). Utilizamos a aproxima¸c ao da densidade local (LDA) para tratar o termo de troca e correla¸c ao e pseudopotenciais ultrasuaves para descrever a intera¸c ao el´etron-caro¸co. Os orbitais de Kohn-Sham foram descritos usando uma expans ao em ondas planas. Estudamos o BeO em duas estruturas cristalinas, a wurtzita e a blenda de zinco. Nossos resultados confirmam a maior estabilidade da wurtzita, e ambos as estruturas s ao semicondutores com um gap amplo. Observamos que todos os defeitos estudados possuem menor energia de forma¸c ao quando presentes na estrutura da wurtzita do BeO, em compara¸c ao com a estrutura blenda de zinco. Mostramos que a presen¸ca de defeitos nativos no BeO, tanto na wurtzita como na blenda de zinco, introduzem n´ıveis na banda proibida do cristal, ocasionando mudan¸cas consider´aveis nas propriedades eletr onicas, e para alguns defeitos caracter ´ısticas met´alicas s ao observadas. C´alculos de densidade de carga e de densidade de estados projetada (PDOS), permitiram determinar a origem desses n´ıveis. Para as vac ancias, observamos que os n´ıveis de defeito se originam sempre dos ´atomos vizinhos ao s´ıtio da vac ancia, e que a presen¸ca da vac ancia de O n ao altera o car´ater semicondutor do material, enquanto que a presen¸ca da vac ancia de Be faz com que o BeO passe a ter um car´ater met´alico. No caso dos antiss´ıtios, os n´ıveis de defeito se originam dos pr´oprios ´atomos substitucionais, e dos ´atomos vizinhos ao antiss´ıtio. Quando presentes na estrutura wurtzita do BeO ambos antiss´ıtios, Be substitucional ao O (BeO) e O substitucional ao Be (OBe), mant´em o car´ater semicondutor do material, com uma redu¸c ao significativa no gap de energia. J´a na estrutura da blenda de zinco, estes mesmos defeitos alteram o car´ater semicondutor do material para met´alico.

At this work we present two models to describe de growth dynamics of interacting plants. The first system that we have used describes de water dynamics, and then relates it with the cations in the ground and with the biomass dynamics. The interaction between plants that this model describes is via light competition. The second model describes the evolution of the biomass through processes of transport, resistance and allocation of nutrients at the vegetal tissue. At this model we realized two extensions in order to describe the interaction, both based in the phosphorous exchange between the radicular systems. These exchanges are promoted by micorriza fungi, which the roots perform a mutualism process. The extensions, or interaction way, are based on the form in which the phosphorous is transported, in the sense of occurrence or not of the mass conservation. In all the simulations realized, the results are the temporal evolutions of the vegetal biomasses, which are divided in belowground biomass and aboveground biomass. Our simulations were done by sets of two or three plants of different species, where each specie was calculated at the first moment in a non coupled form. This way we could compare the results obtained with and without interactions. The parameterizations were done based at existing models that are utilized in each extension. Our results were good enough, when compared to another phenomenological results in the literature. / Neste trabalho, apresentamos dois modelos para descrever a dinâmica do crescimento de plantas interagentes. O primeiro sistema utilizado descreve a dinâmica da água, relacionando-a com a dinâmica dos cátions no solo e com a dinâmica da biomassa. A interação entre plantas, que este modelo trata, é sob a forma de competição por luz. O segundo modelo descreve a evolução da biomassa através de processos de transporte, resistência e alocação de nutrientes no tecido vegetal. Neste modelo, nós realizamos duas extensões para a descrição da interação, ambas baseadas na troca de fósforo entre os sistemas radiculares. Estas trocas são promovidas por fungos do tipo micorrizas, com os quais as raízes realizam um processo de mutualismo. Cada extensão, ou forma de interação, está baseada na forma em que o fósforo é transportado, no sentido de ocorrer ou não a conservação das massas. Em todas as simulações realizadas, os resultados são as evoluções temporais das biomassas vegetais, que são divididas em biomassas aéreas e inferiores. As nossas simulações foram realizadas em conjuntos de duas e três plantas de espécies diferentes, onde cada espécie inicialmente foi simulada de maneira isolada, para podermos então compararmos os resultados obtidos com e sem interações. As parametrizações foram feitas tendo como base os modelos existentes utilizados em cada extensão. Os resultados por nós obtidos foram satisfatórios, quando comparados aos resultados fenomenológicos encontrados na literatura.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Non-oriented electrical steels (NO) studied in this work are used in applications that demand isotropy of magnetic properties along the plane of the sheet, which the magnetic field is applied in different angles with respect to the rolling direction (RD). In magnetic materials as the steels, magnetic losses can be separated in two components: low induction losses, B < B(μmax), usually, related to magnetic domains walls motion and high induction losses, B >B(μmax), normally associated to magnetization rotation. However, it is observed experimentally that the high induction losses component represents approximately 50% of total losses of GNO steels and it is not explained in models that consider the only the rotation at this induction level. Therefore, the study of the magnetization process in NO steels is important not only do solve the question raised by the scheme of loss separation proposed, but also to provide a further insight in these steel magnetization mechanisms and, consequently, get a decrease in the magnetic losses and the electric energy consumption. Particularly, the study of Barkhausen noise (BN) and magnetostriction is important, therefore both depend on the magnetic and metallurgical structure of the material. In this way, the study of BN and magnetostriction can assist to explain the magnetization process and the complex losses process in GNO electrical steels along the hysteresis curve when the magnetic field is applied in different direction with respect to RD. In this work, obtained results of FeSi3.2% class E110 NO electrical steels samples produced by ACESITA are presented. The results are discussed in terms of the domain wall motion, magnetization rotation, nucleation and annihilation of domains and evolution of the complex magnetic domain structure present in these steels. / Os aços elétricos de grão não-orientado (GNO) estudados neste trabalho são utilizados principalmente em aplicações que exigem isotropia das propriedades magnéticas ao longo do plano da chapa, nas quais o campo magnético é aplicado em diferentes ângulos em relação à direção de laminação (RD). Nos materiais ferromagnéticos como os aços, as perdas magnéticas podem ser separadas em duas componentes: perdas de baixa indução, B < B(μmax), geralmente relacionada aos movimentos de paredes de domínios magnéticos, e perdas de alta indução, B > B(μmax), normalmente associada à rotação da magnetização. Porém, observa-se experimentalmente que as de perdas em alta indução representam aproximadamente 50% das perdas totais dos aços GNO e isto, por sua vez, não é explicado através de modelos que consideram apenas a rotação neste nível de indução. Por isto, o estudo dos processos de magnetização dos aços GNO é importante, não apenas para resolver a questão levantada pelo esquema da separação das perdas proposto, mas também para fornecer maiores informações sobre os mecanismos de magnetização nestes aços e, assim, diminuir as perdas magnéticas e, conseqüentemente, o consumo de energia elétrica. Particularmente, o estudo do ruído Barkhausen (BN) e da magnetostricção é de interesse, pois estes efeitos dependem tanto da estrutura magnética como da estrutura metalúrgica dos materiais. Deste modo, o estudo do BN e da magnetostricção pode auxiliar a esclarecer o processo de magnetização e o complexo processo de perdas nos aços elétricos GNO ao longo da curva de histerese quando o campo magnético é aplicado em direções diferentes da RD. Neste trabalho, são apresentados resultados obtidos em amostras de aços elétricos GNO FeSi3.2% classe E110 produzidas pela ACESITA. Os resultados são discutidos em termos do movimento de paredes de domínio, rotação da magnetização, nucleação e aniquilação de domínios magnéticos e evolução da complexa estrutura de domínios presente nestes aços.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRCMTO.pdf: 4685550 bytes, checksum: b3c8c3775f620b2501022eaae807ee2a (MD5) Previous issue date: 2006-05-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / The main subject of this work is to simulate structural and dynamical properties of MeO type alkaline-earth oxides, where Me is an element of the family 2 (Me = Ca, Sr and Ba). The use of the Molecular Dynamics method (MD) was implemented in isobaric-isoenthalpic ensemble (N, P, H), in which the volume is a dynamical variable, in order to study the e&#64256;ect of the pressure and the temperature on such materials. The interaction potential between atoms consists of a pair potential, known as Vashishta- Rahman potential, characterized by terms that represent the steric repulsion, the Coulomb interactions due to charge transfer, the induced charge-dipole interaction due to the large electronic polarizability of the ions, and the last is the van der Waals dipole-dipole interaction. The simulations had been carried out for the three systems composed of 1728 atoms, 864 Me&#8722; type atoms and 864 oxygen O . The study of the temperature dependence is carried through the heating of such systems with a rate 4.59 K/ps and, after to reach the solid-liquid phase transistion, each system was submitted to cooling with the same rate that it was heated. Through the trajectories in the phase space it was possible to calculate the density of vibrational states, the pair distribution function, from which it was possible to determine the behavior of the Debye-Waller factor, and the temperature and pressure frequency coe&#64259;cients for each material. The e&#64256;ect of the hydrostatic pressure on the systems was studied through the implementation of the statical and dynamical calculations. In the first study is possi- xi ble to determine the energetic sequency of the allotropic forms, the cohesivy energies, bulk modules, lattice parameters for each phase of each material. The static pressures of structural phase transistion, between the B1(N aCl) and B2(CsCl) phases, for calcium (CaO), strontium (SrO) and barium (BaO) oxides, were 71.5 GP a, 34 GP a and 105 GP a, respectively. Through the dynamic application of hydrostatic pressure to the systems, the structural phase transformations were observed from B1(N aCl) to B2(CsCl) phases, around 100 GP a, 90 GP a and 220 GP a for calcium (CaO), strontium (SrO) and barium (BaO) oxides, respectively. The confirmation of the structural phase transformations was given by the changes in the coordination number from 6 to 8 (MeO), in the bond angles (O &#8722; Me &#8722; O) &#8722;type from 90&#9702; and 180&#9702;, B1(N aCl) phase, to 70&#9702;, 109&#9702; and 180&#9702; (O &#8722; Me &#8722; O), which are the characteristic angles of the B2(CsCl) phase, and by the change in the pair distribution functions from the characteristic peaks of the B1(N aCl) phase to the characteristic peaks of the B2(CsCl) phase. A comparison with the experimental results in literature is made in order to validate our results. / Este trabalho objetiva discutir as propriedades estruturais e dinâmicas relacionadas com os óxidos alcalino-terrosos do tipo MeO, onde Me é um elemento da família 2A (Me = Ca, Sr e Ba). A utilização do método de Dinâmica Molecular (DM) se dá no ensemble isobárico-isoentálpico (N, P, H), no qual o volume é considerado como uma variável dinâmica, a fim de estudarmos os efeitos da pressão e da temperatura sobre tais materiais. Para tanto, é proposto um potencial de interação entre os átomos que consiste em um potencial de pares, conhecido como potencial de Vashishta-Rahman, caracterizado por termos que levam em consideração as interações de repulsão estereométrica, de Coulomb, carga-dipolo e de Van der Waals. As simulações foram realizadas sobre três sistemas compostos por 1728 átomos, dos quais 864 átomos são de Me e 864 átomos são de oxigênio O. O estudo da dependência com a temperatura é realizado através do aquecimento de tais sistemas a uma taxa de 4.59 K/ps e, após atingir a transição de fase sólido-líquido cada sistema é submetido a umresfriamento coma mesma taxa coma qual foi aquecido. Através das trajetórias no espaço de fase é possível calcular a densidade de estados vibracionais, as funções de distribuição de pares, de onde é possível determinar o comportamento do fator de Debye-Waller, e os coeficientes de freqüência com a temperatura e pressão para cada material em estudo. Os efeitos da pressão hidrostática sobre os sistemas são estudados através da implementação dos cálculos estático e dinâmico. No primeiro estudo é possível deter- ix minar a sequência energética das formas alotrópicas, as energias de coesão, módulo volumétrico, parâmetros de rede para cada fase de cada material. As pressões estáticas de transição de fase estrutural, entre as fases B1(N aCl) e B2(CsCl), para os óxidos de cálcio (CaO), estrôncio (SrO) e bário (BaO) foram de 71.5 GP a, 34 GP a e 105 GP a, respectivamente. Através da aplicação dinâmica de pressão hidrostática nos sistemas, são observadas as transformações de fase estrutural, obtidas dinamicamente, da fase B1(N aCl) para a fase B2(CsCl), em torno de 100 GP a, 90 GP a e 220 GP a para os óxidos de cálcio (CaO) , estrôncio (SrO) e bário (BaO) respectivamente. A confirmação das transformações de fase estrutural é dada através das mudanças no número de coordenação de 6 para 8 (MeO), dos ângulos de ligação do tipo O &#8722;Me&#8722;O que apresentaram os valores característicos da fase B1(N aCl) de 90&#9702; e 180&#9702; e conforme os sistemas são submetidos à aplicação de pressão, seus ângulos se deslocam para 70&#9702;, 109&#9702; e 180&#9702; (O &#8722; Me &#8722; O) , que são os ângulos característicos da fase B2(CsCl), e das funções de distribuição de pares onde há um deslocamento dos picos característicos da fase B1(N aCl) para os picos característicos da fase B2(CsCl). A comparação com os resultados experimentais relatados na literatura é feita de modo a validar nossos resultados.