Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Glass covered microwires are materials with soft magnetic properties suitable to several technological applications, specially in magnetic sensors. The main feature of these wires, with negative magnetostriction, it is the magnetic domain structure, which are studied in several research centers. In this work it was developed an AC susceptometer capable to operate at room temperature at different applied fields and stress and another one to operate in cryogenic temperatures. The AC susceptibility technique carry out information either about the dynamic magnetic processes as the dissipative one that occur into the samples. In particular, microwires samples with nominal composition of Co68.25Fe4.25Si12.5B15 were studied. These Co-rich microwires exhibit the bamboo-like domain structure, meaning an axially magnetized core surrounded by a circumferentially magnetized shell. The AC susceptibility study on these samples give us information as, for example, that with the increase of the applies stress, there is an increase of the volume of the circumferentially magnetized shell at expenses of the inner core volume. It was also verified that, the magnetic behavior with the reduction of the temperature is similar to that observed when the microwires are axially stressed. This fact is due to the competition between the maganetoelastic and magnetostatic energies. / Microfios amorfos recobertos por vidro são materiais com propriedades magnéticas macias adequadas para várias aplicações tecnológicas, especialmente sensores magnéticos. Uma das principais características desses microfios com magnetostricção negativa é a sua estrutura de domínios magnéticos, que é alvo de diversos estudos em centros de pesquisa pelo mundo. Nesse trabalho foi desenvolvido e construído um susceptômetro para medidas de susceptibilidade magnética AC em temperatura ambiente e um outro para operar em temperaturas criogênicas. Para o caso de materiais magnéticos, a técnica de susceptibilidade AC traz informações de relevância sobre os processos de magnetização, como a dinâmica dos momentos magnéticos e processos dissipativos que ocorrem no interior da amostra. Em particular, foram estudadas amostras de microfios amorfos recobertos por vidro com composição nominal de Co68.25Fe4.25Si12.5B15. Esses microfios amorfos ricos em cobalto exibem uma estrutura de domínios magnéticos denominada como bamboo, estrutura essa que corresponde a um núcleo magnetizado longitudinalmente envolto por um domínios magnetizados circunferencialmente. O estudo da susceptibilidade magnética trouxe informações de relevância sobre essas amostras, onde conseguimos constatar principalmente que com o aumento da tensão mecânica externa, há um aumento volumétrico dos domínios com magnetização circunferencial as custas do volume do núcleo magnetizado axialmente. Verificou-se ainda com esse estudo, que esses microfios exibem um comportamento magnético em função da temperatura muito parecido com o comportamento magnético frente a tensão mecânica externa. Isso é fruto de uma competição entre as energias magnetoelástica e magnetostática, que são as principais energias envolvidas nesses materiais.

The Kerr effect is the rotation of the plane of polarization of a light beam during reflection on a magnetized sample. In this work we built an optical Kerr effect magnetometer Longitudinal (L-MOKE) and measured the magnetization of thin films produced by the technique of "magnetron sputtering". The magnetization measurements were in samples of permalloy (Py), iron (Fe) and a tri-layer Py/IrMn/Ta. / O efeito Kerr consiste na rotação do plano de polarização de um feixe de luz durante a reflexão sobre uma amostra magnetizada. Neste trabalho construímos um magnetômetro ótico de efeito Kerr Longitudinal (L-MOKE) e realizamos medidas de magnetização de filmes finos produzidos pela técnica de magnetron sputtering . Foram realizadas medidas de magnetização com amostras de permalloy (Py), ferro (Fe) e uma tri-camada de Py/IrMn/Ta.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a study of the exchange interaction between ferromagnetic (NiFe) and antiferromagnetic (IrMn) layers was done through structural, magnetic and electric characterization. NiFe/IrMn/Ta films were grown with different number of repetitions of this basic structure aiming to evaluate possible changes on the magnetic anisotropies presented by the samples. It was implanted in the Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos a system in order to measure the Anisotropic Magnetorresistance (AMR) as function of the applied field angle. The AMR consists in a change of the eletric resistance of a ferromagnetic material as function of the angle between the electric current and the magnetization of the material and, by this way, sensible to changes in the anisotropy presented by the samples. It is presented a simple model to calculate the AMR as function of the angle field and, by comparing with the experimental curves, to obtain the magnetic parameters who describe the system. In the model the equilibrium direction of the magnetization is obtained from the minimization of the free magnetic energy, which is given by the Zeeman, uniaxial, unidirectional and manetostatic energies. The AMR curves present an assymetry around 180 degrees when measured at fields below the bias one. According to the fittings, it was found that such assymetry can be due by a misalignment between the anisotropy axis (uniaxial and unidirectional) or by a misalignment between the measuring current and the easy magnetic axis of the samples. It was not observed, as expected, an expressive increase of the anisotropy dispersion of the uniaxial anisotropy with the increase of the number of trilayers. The same was observed with the bias and coercive fields. / Neste trabalho, o estudo da interação de troca entre as camadas ferromagnética (NiFe) e antiferromagnética (IrMn) em multicamadas foi realizado através da caracterização estrutural, magnética e de transporte elétrico. Foram crescidos filmes de NiFe/IrMn/Ta com diferentes números de repetições dessa estrutura básica com o objetivo de avaliar as possíveis modificações nas anisotropias apresentadas pelas amostras. Foi implantado no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (LMMM) um sistema para medidas de Magnetorresistência Anisotrópica (AMR) em função do ângulo de aplicação do campo. A AMR consiste na variação da resistência elétrica e a magnetização do material e, portanto, sensível as modificações de anisotropia nas amostras. É apresentado um modelo simples para calcular as curvas de AMR em função do ângulo do campo e, na comparação com as curvas experimentais obter os parâmetros magnéticos que descrevem o sistema. No modelo, a direção de equilíbrio da magnetização é obtida a partir da minimização da energia livre magnética, que por sua vez é dada pela soma da energia Zeeman, uniaxial, unidirecional e magnetostática. As curvas de AMR apresentam uma assimetria em torno de 180 graus quando medidas em valores de campo menores que o campo de Bias. De acordo com os ajustes, foi verificado que esta assimetria pode ser causada tanto por um desalinhamento entre os eixos de anisotropias (uniaxial ou unidirecional) como por um desalinhamento entre o eixo da corrente de medição e o eixo de fácil magnetização da amostra. Não foi observado, conforme esperado, um aumento expressivo na dispersão da anisotropia uniaxial com o aumento do número de repetições das tricamadas. O mesmo ocorrendo com os valores dos campos de Bias e coercivo.

We report on three campaigns to measure the structure of the nocturnal boundary layer in cleared and forested areas near Santarém, PA, in 2001 and 2003. The aim was to describe the temporal evolution of wind and thermodynamic profiles in the stable surface layer and to use the accumulation of scalars, such as CO2 in the layer as a way to infer surface fluxes. This was deemed necessary because the frequent very calm conditions limited the validity of eddy covariance flux CO2 measurements at these sites at night. In 2001, tethered balloon observations were made at a pasture site. In 2003, this study was repeated, with a special balloon sonde deployed to measure CO2, temperature, humidity, and pressure. During the convective period just after sunrise, both the eddy covariance and accumulation flux estimation methods are valid and were compared. At night the key is to determine the thickness of the atmospheric layer to which nocturnal respiratory CO2 accumulates. In the forest at night the CO2 accumulation layer was basically constant and had a height of 32 m. The mean CO2 night flux (Fc) was estimated as 0.09(±0.02) mgCO2/m2s. The average CO2 accumulation rate was constant into de forest, decreased linearly with height form canopy height to 100-140 m high. These results are in agreement with the average profiles measured from forest flux towers. Over plowed field we found a larger CO2 accumulation layer at 60-80 m, reaching more then 100 m on some nights. The mean CO2 night flux was estimated Fc=0.20(±0.2) mgCO2/m2s. We found two shape of CO2 accumulation rate near the ground. Two nights the accumulation rate was basically constant with height, other four nights it decreased linearly with height, from the surface to 30-50 m high. The level what the accumulation rate is zero vary from 80 m to 135 m high. / Três campanhas de medidas da estrutura da camada limite noturna em área limpa e de floresta próximo de Santarém, PA, realizadas em 2001 e 2003 são apresentadas neste trabalho. O objetivo principal foi descrever a evolução temporal dos perfis de vento e termodinâmicos na camada limite estável para usar o método de acúmulo de escalares, como o CO2, nesta camada, como meio de estimar os fluxos superficiais. Isso se torna necessário porque freqüentemente condições de ventos calmos sobre estes sítios ocorrem durante o período noturno limitando a confiança das estimativas do fluxo de CO2 realizadas pelo método de covariância de vórtices turbulentos. Em 2001, usando balão cativo as observações foram realizadas no sítio de pastagem. Em 2003, estas observações foram repetidas com uma sonda especialmente desenvolvida para medir a concentração de CO2, temperatura, umidade e pressão do ar. Durante os primeiros estágios da convecção, logo após o nascer do sol, ambos métodos de covariância de vórtices e acumulação são validos e foram comparados. Durante a noite o principal é determinar a profundidade da camada atmosférica dentro da qual o CO2 acumula. Na floresta, à noite a camada de acumulação de CO2 basicamente foi constante e a altura foi de 32 m. O fluxo médio de CO2 à noite (Fc) foi estimado igual a 0.09(±0.03) mgCO2/m2s. Na média a taxa de acumulação de CO2 se manteve constante dentro da floresta, decrescendo até aproximadamente zero até níveis que variaram desde 100 m até 140 m. Estes resultados estão de acordo com as observações das torres de fluxo na região de estudo dos dados de longo termo do perfil do gás. Sobre o sítio com o solo arado a camada de acumulação de CO2 à noite em média varia entre 60-80 m, atingindo mais de 100 m em algumas noites. O fluxo noturno médio de CO2 foi estimado em Fc=0.20(±0.2) mgCO2/m2s. A variação vertical da taxa de acumulação apresentou dois padrões distintos próximo a superfície. Duas noites a variação vertical da taxa de acumulação foi aproximadamente constante, em outras quatro noites decresceu rapidamente com a altura, desde a superfície até 30-50 metros de altura. O nível a partir do qual a taxa de acumulação é nula variou desde 80 m a 135 m.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we studied the properties of confined water by graphene sheets via Classical Molecular Dynamics. The main objective of this dissertation is to understand how the structural and dynamic properties of confined water can be changed due to the geometric confinement, including the density profile, formation of layering, the average number of hydrogen bonds and the diffusion process of water molecules. The confinement geometry is formed by two graphene sheets aligned parallel with respect to one another separated by a distance "d". Both the distance "d" as the system temperature were varied to obtain different degrees of confinement and thermodynamic conditions. Values used were d=7, 9, 11, 15, 20, 25 and 30Å and T=280, 300 and 320K. Furthermore, all simulations were carried out with GROMACS (GROningen Machine for Chemical Simulations) code in a NVT ensemble (particle number, volume and pressure are kept constant) and using SPC/E (Simple Point Charge/Extend) water model. For these systems have been found that confinement induces the formation of layers of water molecules and the number of layers depend on the degree of confinement. Due to this structure, we analyzed the average number of hydrogen bonds with water molecules and these molecules in the respective diffusion layers (central and near the confining walls). It was concluded that the formation of layers is directly related to the breaking of hydrogen bonds. / Neste trabalho estudamos as propriedades da água confinada por folhas de grafeno via Dinâmica Molecular Clássica. O principal objetivo dessa dissertação é compreender como as propriedades dinâmicas e estruturais da água confinada podem ser alteradas devido ao confinamento geométrico, entre elas o perfil da densidade, a formação de camadas, o número médio de ligações de hidrogênio e o processo difusivo das moléculas de água. A geometria confinante foi construída através de duas folhas de grafeno alinhadas paralelamente uma em relação a outra separadas por uma distância "d". Tanto a distância "d" como a temperatura do sistema foram variadas de modo a obtermos diferentes graus de confinamento e condições termodinâmicas. Os valores utilizados foram d=7, 9, 11, 15, 20, 25 e 30Å e T=280, 300 e 320K. Além disso, todas as simulações foram realizadas com o código computacional GROMACS (do inglês GROningen Machine for Chemical Simulations) em um ensemble NVT (ensemble onde o número de partículas, volume e pressão são mantidos constantes) usando o modelo de água SPC/E (do inglês Simple Point Charge/Extend). Para esses sistemas foi encontrado que o confinamento induz a formação de camadas de moléculas de água e o número de camadas dependem do grau de confinamento. Devido a esta estruturação, foi analisado o número médio de ligações de hidrogênio por moléculas de água e a difusão dessas moléculas nas respectivas camadas (central e próximas as paredes confinantes). Concluiu-se que a formação de camadas está diretamente relacionado com a quebra das ligações de hidrogênio.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study is propose a new mathematical expression to describe the observed meandering autocorrelation functions in low-wind speed. The analysis utilizes a large number of the data to show that the new proposed theoretical function reproduces the experimental behavior of the fit curves, well as the negative lobes that characterizing the autocorrelation function for meandering condition. Furthermore, the good agreement of the measured autocorrelation curves with the proposed algebraic autocorrelation function allows to calculate the magnitudes of the meandering period and of the loop parameter. In adition, the parameters founded in this study can be used to simulate the dispersion of contaminant during low wind episodes. The results agree with the values presented and discussed in the literature. / O presente estudo propõe uma nova expressão matemática para descrever as funções de autocorrelação observadas sob condições de meandro do vento horizontal. A análise utiliza um grande número de dados para demonstrar que a função proposta reproduz o comportamento da curva experimental, bem como os lóbulos negativo que caracterizam a função de autocorrelação para a situação de meandro. Além disso, a boa concordância entre as curvas de autocorrelação observadas e a nova função de autocorrelação algébrica, proposta neste trabalho, permitiu realizar o cálculo de grandezas físicas como o parâmetro de oscilação e o período de meandro. Um resultado adicional, foi empregar os valores médios encontrados para os parâmetros do meandro na simulação da dispersão de contaminante durante episódios de vento fraco. Os resultados encontrados estão de acordo com os valores apresentados e discutidos na literatura.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The ability to manipulate materials at the atomic scale turn it possible to look for materials at the nanoscale that can supersede the performance of their bulk counterparts in specific tasks. Nanowires, due to their unique structural characteristics, are natural candidates for electric or heat conducting devices. When these nanowires take part of a circuit, they can subjected to an external stress that can change their intrinsic properties. In this work, we will be studying the mechanical and electronic behavior of narrow InAs nanowires, with different diameters, when subjected to extreme external stress. Our calculations use the Density Functional Theory, and the local density approximation to the exchange and correlation potential, as implemented in the VASP code. Our results reveal that the InAs nanowires exhibit a mechanical behavior which depends on the external stress and the nanowire diameter. For the narrowest diameter, it shows an elastic behavior followed by the rupture of the wire. As the nanowires turn thicker, different responses to the external stress take place. When the first chemical bonds are broken, the nanowire changes between elastic behaviors with different Young modulus. When more and more chemical bonds are broken (for the thicker nanowires), the nanowires show a plastic behavior, before the rupture. For each of these mechanical regimes, the electronic band structure of the nanowires is also analysed. / Nanofios, devido às suas caracteristícas estruturais únicas, são candidatos naturais para dispositivos condutores de eletricidade e calor. Quando estes nanofios formam parte de um dispositivo, podem estar sujeitos a tensões externas que podem alterar as suas propriedades intrínsecas. Neste trabalho estudaremos o comportamento mecânico e eletrônico de nanofios de InAs com diferentes diâmetros quando sujeitos a tensões externas extremas. Nossos cálculos usam a Teoria do Funcional da Densidade dentro da aproximação da densidade local para o funcional de exchange e correlação, como implementado no código computacional VASP. Nossos resultados revelam que os nanofios de InAs exibem um comportamento mecânico que depende da tensão externa e do diâmetro do nanofio. Para o nanofio mais estreito, observa-se um comportamento elástico da curva de tensão vs elongação ( stress vs strain ), seguido de ruptura do fio. Quando os nanofios tornam-se mais espessos, diferentes respostas às tensões extremas são observadas. Quando as primeiras ligações químicas são quebradas, os nanofios mudam de regime elástico para outro, com diferentes valores de módulo de Young. Quando mais e mais ligações químicas são quebradas, sempre do centro para as bordas, os nanofios apresentam um comportamento plástico antes da ruptura. Para cada um destes regimes mecânicos estrutura de bandas dos nanofios é também analisada.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / We present UBVRI CCD photometry in the Johnson-Cousins photometric system for a sample of twenty nine Magellanic Cloud star clusters (Lindsay 16, 26, 29, 48, 53, 61, 66, 67, 72, 76, 79, 82, 83, 85 of the Small Cloud and NGC 1783, 1810, 1818, 1831, 1847, 1856, 1870, 1895, 2004, 2100, 2121, 2159, 2164, 2210, and [H60b] 11 of the Large Cloud) with a photometric calibration mean error less than 0.01 mag in the V band at a 66% confidence level. The coordinates of the center of symmetry for every cluster have been obtained, with a mean error less than 0.5′′, using an implementation of autocorrelation mirror algorithm proposed by Djorgovski (1988). The surface brightness profiles for every cluster have been obtained from CCD images in the V band and used to adjust the King (1962) and EFF (Elson et al., 1987) models. The structural parameters of the EFF model have been used to estimate the mass and luminosity for every cluster. The apparent integrated brightness in the V band, the U−B, B−V, V−R, and R−I colours, and an age calibration as function of effective colours (i.e., integrated colour at a radius where surface brightness reaches 20% of center value), (B−V)ef , (V−R)ef and (R−I)ef , are presented. The age versus effective colour calibration has been used to obtain an age estimation of (6.1±1.2)×107 years for the star cluster Lindsay 79. Finally, the data analisys in the present work is inconclusive regarding the existence or not of mass segregation in the clusters of our sample, particulary for NGC 1818, NGC 2004, and NGC 2100 objects indicated in the literature as having primordial mass segregation. / Apresentamos a fotometria CCD nas bandas UBVRI do sistema fotométrico de Johnson-Cousins para uma amostra de vinte e nove aglomerados de estrelas das Nuvens de Magalhães (Lindsay 16, 26, 29, 48, 53, 61, 66, 67, 72, 76, 79, 82, 83, 85 da Pequena Nuvem e NGC 1783, 1810, 1818, 1831, 1847, 1856, 1870, 1895, 2004, 2100, 2121, 2159, 2164, 2210, e [H60b] 11 da Grande Nuvem) com um erro médio menor do que 0.01 mag na calibração fotométrica para a banda V para um nível de confiança de 66%. As coordenadas do centro de simetria de cada aglomerado foram obtidas, com um erro médio menor do que 0.5′′, utilizando uma implementação do algoritmo de autocorrelação espelhada proposto por Djorgovski (1988). Perfis de brilho superficial para cada aglomerado foram obtidos das imagens CCD na banda V e utilizados para o ajuste dos modelos de King (1962) e EFF (Elson et al., 1987). Os parâmetros estruturais do modelo EFF foram utilizados para fazer estimativas de massa e luminosidade para cada aglomerado. O brilho integrado aparente na banda V, as cores U−B, B−V, V−R e R−I, e uma calibração da idade dos aglomerados em função de cores efetivas (i.e., cor integrada para um raio em que o brilho superficial cai à 20% do valor central) (B−V)ef , (V−R)ef e (R−I)ef , são apresentados. Esta calibração foi utilizada para obter uma estimativa da idade do aglomerado Lindsay 79 de (6.1±1.2)×107 anos. Finalmente, a análise dos dados deste trabalho é inconclusiva no que se refere a existência ou não de segregação de massa nos aglomerados da nossa amostra, em particular para os objetos NGC 1818, 2004, e 2100, apontados na literatura como aglomerados com segregação de massa primordial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this dissertation, it was estimated contaminants concentration in different stability conditions of the Planetary Boundary Layer. In order to do this, it was used the Lagrangian stochastic model. The experiments by Copenhagen and Prairie Grass were simulated, and to the last one it was used only experiments in which the wind speed was higher than 6m/s. In these simulations it was adopted the turbulence parameterization by Hanna (1982). The results were compared with the concentration field measured and simulated by Timm (2007), who used the turbulence parameterization achieved by Degrazia et al. (2000). The analysis of the results shows a better performance by the Lagrangian particles model when it is implemented the parameterization proposed by Degrazia et al. (2000). / Nesta dissertação, estimou-se a concentração de contaminantes em diferentes condições de estabilidade da Camada Limite Planetária. Para tanto, utilizou-se um modelo de partículas estocástico Lagrangeano. Os experimentos de Copenhagen e Prairie Grass foram simulados, de modo que para o último usou-se apenas experimentos em que a velocidade do vento foi maior que 6m/s. Nestas simulações foi utilizada a parametrização da turbulência proposta por Hanna (1982). Os resultados foram comparados com o campo de concentração medido e simulado por Timm (2007), a qual utilizou a parametrização da turbulência obtida por Degrazia et al. (2000). A análise dos resultados mostra um melhor desempenho do modelo de partículas Lagrangeano quando utilizada a parametrização proposta por Degrazia et al. (2000).

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