Recentemente foi descoberto que diversos calcogenetos de metais de transição podem ter o estado charge density waves (CDW) suprimido a partir de pressão hidrostática e dopagens, e, por conseguinte, o estado supercondutor emerge. Nesse contexto, este trabalho apresenta um estudo sistemático de propriedades físicas de amostras poli e monocristalinas de dois compostos do sistema Nb-Te, NbTe2 e NbTe4. Com relação ao composto NbTe2, os resultados aqui apresentados demonstram que esse composto é mais um exemplo de material que exibe ambos os estados a pressão atmosférica e sem dopagens. No que tange as propriedades do NbTe4, este trabalho demonstra que amostras deficientes em telúrio tem a anomalia na curva de resistividade elétrica relacionada a formação do estado CDW amplificada e, a deficiência em telúrio é também capaz de fazer emergir supercondutividade em 5.5 K. Este trabalho também sugere algumas mudanças no diagrama de equilíbrio de fases Nb-Te publicado na base de dados da sociedade americana de metalurgia (ASM). As fases Nb5Te4 e Nb3Te4 foram identificadas como sendo fases de altas temperaturas que são formadas a partir de reações eutetóides. Além do mais, nossos resultados demonstram que a região entre as fases NbTe2 e NbTe4 consiste, na verdade, de uma região bifásica. Durante a realização deste trabalho, outro composto foi investigado, o NiTe2. Nesse composto, nossos resultados demonstram que a intercalação de Ti faz emergir um estado supercondutor em 4.5 K e cuja temperatura de transição parece insensível a pressão hidrostática. Cálculos de estrutura de bandas sugerem fortemente que o composto NiTe2 intercalado com Ti pode ser mais um exemplo de supercondutor com aspectos topológicos em sua superfície de Fermi. / Recently was demonstrated that it is possible to suppress the charge density waves (CDW) ground states while, simultaneously, a superconductor state emerges in several transition metal chalcogenides (TMC), by means of hydrostatic pressure or chemical doping. Within this context, this work presents a systematic study on physical properties of two Nb chalcogenides, NbTe2 and NbTe4. Our results demonstrate that NbTe2 is another example of a TMC which exhibit both stabilities at atmospheric pressure and without doping. Regarding the physical properties of NbTe4, we have demonstrated that Te deficiency increases significantly the anomaly in the electrical resistivity as function of temperature behavior related with the CDW formation. At the same time, Te deficiency can also cause a SC state to emerge at 5.5 K. This work also presents a review of the binary phase diagram, Nb-Te, and some changes are proposed. Nb5Te4 and Nb3Te4 were identified as high temperature phases originated from eutectoid reactions. Furthermore, our results demonstrated that the region between the phases NbTe2 and NbTe4 are, in fact, a two-phase region, differently from what is proposed in the actual version of the phase diagram. Also, during this work, another chalcogenide was investigated, NiTe2. Our results demonstrate that Ti can be intercalted between the Van der Waals gaps of the structure and consequently a superconductor state emerges at 4.5 K. The critical temperature is found to be insensitive to hydrostatic pressure. Band structure strongly suggests that NiTe2 could be another example of a superconductor with topological aspects in its Fermi surface.

Este trabalho vem a dar uma importante contribuição à pesquisa de novos materiais que possam ser utilizados como meios ativos para lasers de estado sólido na região do infravermelho próximo, bombeados por lasers de diodo, e também na região do visível, bombeados pelo processo de Upconversion. As emissões dos íons Nd3+ e Tm3+ foram estudadas em três sistemas (cristalino, vítreo e policristalino). No primeiro sistema inclui-se fibras monocristalinas com diâmetro de 500 µm e até 3 cm de comprimento dos vanadatos YVO4, Y0,8La0,2VO4 e Gd0,8La0,2VO4, dopadas com Nd3+, e de Gd0,8La0,2VO4 dopadas com Tm3+, que foram crescidas pela versátil técnica LHPG, de baixo custo, e caracterizadas dos pontos de vista estrutural e espectroscópico como candidatas para o desenvolvimento de lasers compactos na região do IV e do VIS. Foi observada emissão laser em 1,064µ, foi observada em uma fibra de YVO4:Nd3+ adaptada a uma cavidade end-pump, com eficiência comparável a de um cristal comercial crescido pelo método de Czochralski. Para os vidros calcogenetos GaLaS dopados com Nd3+ e Tm3+, além das caracterizações espectroscópicas, realizou-se o estudo da transferência de energia entre íons, das interações íon-matriz e da geração de calor nas amostras, para investigar a influência destes mecânicas na eficiência quântica de emissão dos íons. Para o GaLaS:Tm3+, verificou-se ganho óptico positivo em 1,8 µm (emissão de interesse em medicina e odontologia), e medidas de absorção de estado excitado indicam que a transição em 1,4 µm pode ser utilizada em amplificadores de banda larga, desde que seja bombeada apropriadamente. As amostras da cerâmica ferroelétrica PLZT(9/65/35) transparentes e dopadas com ambos os íons foram caracterizadas de maneira similar aos outros sistemas e cálculo das propriedades radiativas aliadas as medidas do espectro de ganho no PLZT:Nd3+ indicam a potencialidade dessas matrizes como meio ativo para lasers. / In this work we have made an important contribution to the growing research of new laser materials that can be pumped by low cost diode lasers or by the Upconversion process to operate in the near-infrared and visible spectral regions. Three kinds of hosts, doped with the rare earth ions (Nd3+ and Tm3+) were studied, and they present potential characteristics as laser active media. Single crystal fibers of yttrium and gadolinium orthovanadates grown by LHPG are very attractive for the construction of compact lasers due to the versatility and low cost of the growing process. A neodymium-doped YVO4 fiber adapted to an end-pump laser cavity presented efficient emission at 1.064 µm, similar to that obtained for a Czochralski grown bulk crystal. A study of ion-ion and host-ion interactions was done for GaLaS glass to investigate the influence of these processes on fluorescence quantum efficiencies. For GaLaS:Tm3+, positive gain was estimated at 1,8 µm and it was also observed that the 1,47 µm emission is efficient under appropriate pumping. Finally, transparent PLZT ferroelectric ceramic samples were characterized and the results also point out that PLZT:Nd3+ might become a potential laser host.

Neste trabalho, a técnica de Lente Térmica (LT) foi usada para determinar o valor absoluto da difusividade térmica (D), da condutividade térmica (K) e do coeficiente de temperatura do caminho óptico (ds/tD) de vidros fluoretos dopados com cobalto e neodímio, calcogenetos, calcohaletos (mistura de calcogenetos com haletos), aluminate de cálcio e de um cristal fluoreto. Estas medidas foram efetuadas na temperatura ambiente e próxima de Tg para algumas amostras. Para o vidro ZBLAN, realizamos experimentos de LT da temperatura ambiente até ~ 330°C, observando um grande decréscimo de D na região de transição do vidro (Tg ~ 290°C). Nós também aplicamos a técnica de LT para determinar a eficiência quântica fluorescente do ZBLAN dopado com Nd+3. A utilidade desta técnica para determinar as propriedades termo-ópticas dos materiais transparentes em função da temperatura foi demonstrado. / In this work the Thermal Lens (TL) technique was used to determine the absolute values of the thermal diffusivity (D), thermal conductivity (K) and temperature coefficient of the optical path length (ds/dT) of fluoride, chalcogenide, chalcohalide (chalcogenides and halides mixture) and calcium aluminate glass and of a fluoride cristal. These measurements were developed at ambient temperature and near Tg for some samples. For the ZBLAN glass, we performed the TL experiment from ambient to ~ 330°C, observing na abrupt decrease on D close to the glass transition temperature (Tg ~ 290°C). We also applied the TL technique to determine the fluorescence quantum efficiency of Nd+3 doped ZBLAN. The usefulness of this technique to determine thermo-optical properties of transparent materials as a function of the temperature was demonstrated.

Orientador: Prof. Dr. José Antonio Souza / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2018. / O objetivo deste trabalho e sintetizar materiais magneticos e semicondutores ocos micro/nanoestruturados hierarquicamente, para obter um melhor entendimento das propriedades fisicas e explorar aplicacoes tecnologicas. Inicialmente, microtubos de hematita e magnetita foram sintetizados por oxidacao termica juntamente com uma corrente eletrica aplicada e utilizando-se o microfio de ferro metalico como precursor. A fraccao volumetrica de Fe2O3(hematite) e Fe3O4(magnetite) nos microtubos e a formacao das nanoestruturas de hematite na superficie pode ser controlada por alteracoes sistematicas dos parametros de sintese tais como temperatura, rampa de aquecimento, tempo de aquecimento e valor da corrente electrica. A reacao quimica de oxidacao envolve um processo onde uma fina camada de oxido e formada primeiro na superficie do metal, seguida por difusao simultanea de ions metalicos atraves da camada oxida e difusao de oxigenio da atmosfera para o interior. A difusao para fora e mais rapida, levando a criacao de vacancias que coalescem em poros formando os microtubos. Medidas de resistividade eletrica in situ foram realizadas durante o processo de oxidacao mostrando todo o processo de formacao do microtubo. Imagens de microscopia eletronica de varredura mostram a morfologia do microtubo com diametro variando de 40 ¿Êm a 100 ¿Êm e comprimento de 5 mm. Medidas de difracao de raios-X em po evidenciam a presenca de fases cristalinas de hematita (Fe2O3) e magnetita (Fe3O4) nos microtubos. Nanoestruturas de hematita aparecem em forma de bastoes e fios dispersos homogeneamente ao redor da superficie do microtubo com diametros de 80-300 nm e comprimento de 1-5 ¿Êm. Experimentos in vitro envolvendo aderencia, migracao e proliferacao de culturas de celulas de fibroblastos na superficie dos microtubos indicaram a ausencia de citotoxicidade para este material. Tambem o calculo do torque e da forca magnetica desses microtubos com nanofios em funcao do gradiente de campo magnetico externo, mostrou que ele e robusto, abrindo a possibilidade para fabricacao de bio-microrobos magneticos para aplicacao em biotecnologia. Por outro lado, microarquiteturas ocas de SnS e ZnS decoradas com nanoestruturas foram sintetizadas por evaporacao termica livre de catalisadores utilizando microfios de metal e po de enxofre como materiais de partida. Para o SnS, observamos formacao de uma estrutura oca composta por uma camada metalica de Sn na superficie interna, e uma camada de SnS de estrutura ortorrombica com nanoestruturas de SnS na superficie. Para o ZnS, descobrimos a formacao de uma esfera oca com uma camada metalica na parte interna, uma camada de ZnS com fase cubica, e sobre ela nanoestruturas de ZnS com fase cristalina hexagonal cresceram homogeneamente. O diametro da microsfera e de 415 ¿Êm e os nanofios tem um diametro e comprimento medio de 70 nm e 7 ¿Êm, respectivamente. As microestruturas ocas semicondutoras de ZnS e SnS exibiram atividade eficiente para degradar azul de metileno sob irradiao com luz solar simulada. Os resultados revelam que essas nano/microestruturas possuem alta fotoatividade para degradacao organica. / The aim of this work is to synthesize hierarchically micro/nanostructured hollow magnetic and semiconductor materials, to obtain a better understanding on the physical properties, and find technological applications. Initially, hematite and magnetite microtubes were synthesized by thermal oxidation process along with the presence of an applied electrical current and using metallic iron microwire as a precursor. The volume fraction of both Fe2O3 (hematite) and Fe3O4 (magnetite) phase on microtubes can be controlled as well as surface nanostructures formation of hematite by systematic change of the synthesis parameters such as temperature, heating rate, annealing time and electrical current value. The oxidation chemical reaction involves a process where a thin oxide layer is formed first on the metal surface, followed by simultaneous outward diffusion of metal ions through the oxide scale and inward diffusion of oxygen from the atmosphere into the core. In our case, the outward diffusion is faster leading to the creation of vacancies which coalesce into voids forming the microtubes. In situ electrical resistivity measurements were carried out during the oxidation process showing the whole process of the microtube formation. Scanning electron microscopy images show microtube morphology with diameter ranging from 40 ìm to 100 ìm and length of 5 mm. X-ray powder diffraction measurements evidence the presence of hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4) crystal phases comprising microtubes. Nanostructures of hematite appear in form of sticks and wires homogeneously dispersed on the microtube surface with diameters ranking from 80 nm to 300 nm and length of 1 to 5 ìm. In vitro experiments involving adherence, migration, and proliferation of fibroblasts cell culture on the surface of the microtubes indicated the absence of immediate cytotoxicity for this material. We have also calculated both torque and driving magnetic force for these microtubes with nanowires as a function of external magnetic field gradient which were found to be robust opening the possibility for magnetic bio micro-robot device fabrication and application in biotechnology. On the other hand, SnS and ZnS hollow microarchitectures decorated with nanostructures were synthesized by catalysis free thermal evaporation technique using metal microwires and sulfur powder as starting materials. For SnS, we observed a hollow formation comprised of a thin metallic Sn layer in the inner surface, SnS orthorhombic structure thick layer with SnS nanostructures on the top. For ZnS, we found out the formation of hollow sphere with a thin metallic layer in the inner part, a thick cubic phase layer of ZnS, and on this second phase, nanostructures of ZnS hexagonal crystal phase grew up homogeneously. The microsphere diameter is about 415 ìm and the nanowires on the surface have average diameter of 70 nm and length 7 ìm. ZnS and SnS hollow semiconducting microstructures have exhibited efficient activity to degrade the methylene blue under simulated sunlight irradiation. The results reveal that these nano/microstructures have high photoactivity to organic degradation.