As reações entre o ligante N,N,N\',N\'-tetrametiluréia (TMU) e sais de isotiocianatos, nitratos, percloratos, brometos e cloretos de lantanídeos (Ln = Nd3+ e Eu3+) conduziram a compostos de fórmulas gerais: Nd(NCS)3.4TMU; Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O, LnCl3.3TMU (Ln = Nd e Eu). As estequiometrias desses complexos foram propostas com base nos resultados dos teores de lantanídeos, obtidos através de análises complexométricas com EDTA, enquanto que os teores de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram determinados por microanálise. As medidas de condutância eletrolítica em solução de acetonitrila mostram que os compostos se comportam como não eletrólitos, exceto os derivados do ânion perclorato (eletrólito 1: 3). Os difratogramas de raios-X permitiram identificar que os compostos de neodímio e európio são isomorfos entre si para os ânions perclorato, brometo e nitrato. Os compostos derivados dos ânions cloreto e isotiocianato não apresentam isomorfismo. Os espectros de absorção na região do infravermelho mostram deslocamentos das bandas vC=O para regiões de frequências mais baixas e vC-N para regiões de frequências mais altas, o que evidencia a coordenação pelo átomo de oxigênio da carbonila. A ausência de bandas fortes indicativas da presença de água mostra que os compostos de nitratos, cloretos e percloratos obtidos são todos anidros. A presença da banda na região 3560-3520 cm-1> e 1630-1600 cm-1> para os complexos de brometos obtidos evidencia os modos de estiramentos característicos da água. Os espectros eletrônicos de fluorescência na região do visível dos compostos de európio, obtidos à temperatura ambiente e a 77 K, permitiram sugerir as seguintes simetrias: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh A partir destas simetrias, foram calculados os parâmetros de campo cristalino B20, B40, B44, B43 (método dos operadores tensoriais) e também os parâmetros B02, B04, B44, B34 (método dos operadores equivalentes). Os espectros eletrônicos de absorção na região do visível dos compostos de neodímio à temperatura ambiente e a 77 K foram registrados. Os parâmetros espectroscópicos &#946;, b1/2 e &#948; indicam que nas ligacões de todos os comoostos predomina o caráter eletrostático. A partir dos espectros dos compostos Nd(ClO4)3.6TMU e Nd(F3C-SO3)3.5TMU com simetria cúbica, foram calculados os parâmetros B04, B06, B44, e B64 (Bqk) e por correlação encontramos os parâmetros B40, B60, B44, e B46 (Bkq). Através dos espectros de absorção em solução dos compostos de neodímio foram calculadas as forças do oscilador (P) e a seguinte ordem relativa ao aumento de intensidade das transições hipersensitivas foi observada: Cl-4 < Cl- < Br- < NCS- < NO-3. / Compounds of general formula: Nd(NCS)3.4TMU, Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O and LnCl3.3TMU (Ln = Nd, Eu) were prepared by the reaction of the correspondinq hydrated salts and N,N,N\',N\'-tetramethylurea (TMU). The lanthanide ions were determined by complexometric titration with EDTA; carbon, hydrogen and nitrogen were determined by microanalytical procedures. Eleetrolytic conductance measurements in acetonitrile indicate a behaviour of non-electrolytes, except for the perchlorates that behave as 1:3 electrolytes. X-ray powder patterns show that the neodymium and europium perchlorates, bromides and nitrates are isomorphous. The chlorides and isothiocyanates do not show isomorphism. The vC=O shifts to lower frequencies and vC-N to higher frequencies qive evidences of coordination of the ligand through the carbonyl oxygen. Water bands were not observed in the nitrates, chlorides and perchlorates. The bands at 3560-3520 cm-1 and 1630-1600 cm-1 in the bromides are indicative of the presence of water. The fluorescence spectra, in the visible region at room temperature and at 77 K were interpreted in terms of the following symmetries for the compounds investigated: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh. The crystal field parameters B20, B40, B44, B33 were calculated by the tensorial operator and B02, B04, B44, B34 by the equivalent operator methods. Electronic absorption spectra of neodymium compounds are registered in the visible region at room temperatureand 77 K. The spectroscopic parameters (&#946;, b 1/2 and &#948;) show that the interaction between Ln:L is essentially electrostatic. From the spectra of the cubic Nd(ClO4)3.6TMU and Nd(F3C-SO3)3.5TMU compounds the parameters B04, B06, B44, and B64 (Bqk) were calculated and by correlation the parameters B40, B60, B44, and B46 (Bkq). The oscillator strengths from the hypersensitive transitions in the neodymium absorption spectrum in acetonitrile solution were determined and related to the basicity of the anions following the order: NO-3 > NCS- > Br- > Cl- > ClO-4.

This thesis is centred around the study materials with novel electronic properties, including transition metals interacting with semiconductors and unique molecular systems. The idea of advancing modern computing is the basis for motivating the work in that the projects all have potential to be used in novel applications that would impact the efficiency and/or execution of current technology. We have studied two variations of transition metals as they appear in materials and two molecular systems. As for the transition metals interacting with semiconductors, we first discuss transition metal atoms introduced as impurities to a semiconductor lattice, and second, we discuss transition metal oxides that are naturally semiconducting. We have used a number of experimental and theoretical techniques to better understand these groups of materials. Materials prepared through high quality synthesis techniques were studied using x-ray spectroscopy made possible by synchrotron light sources. Computational software then allowed for the experiments to be interpreted by comparing them to the simulations. In the study of transition metals as impurities, we chose the Co:MoS2 system because MoS2 has had promising results with other transition metal dopants. We examined the electronic structure for two purposes: (1) to determine the local bonding environment and locations of the cobalt atoms in order to better understand the behaviour of Co as an impurity; and (2) the overall band gap of the system so that we could evaluate the system’s potential for use in applications. Experimental results combined with our theoretical simulations led us to conclude that the samples available were all metallic, and at low concentrations cobalt atoms were able to substitute directly into the MoS2 lattice. An examination of copper (II) oxide allowed us to investigate the ability to tune the band gap of a known semiconductor through a synthesis process that applied axial pressure to the sample. For a collection of samples prepared at different pressures, x-ray spectroscopy methods showed an increasing band gap with increasing synthesis pressure, a result that is most encouraging for the field of band gap engineering. Using soft x-ray spectroscopy to examine the conduction and valence bands of the two molecular systems, the potassium-doped hydrocarbons and Li2RuO3, was important for drawing conclusions about the materials’ composition and behaviour. Results showed the introduction of new states at the lower edge of the conduction band of K:phenanthrene, a possible reason for its low-temperature superconductivity. Li2RuO3’s electronic structure was examined and compared to calculations performed by collaborators.

Les composés intermétalliques à base de cérium présentent à basse température des propriétés magnétiques, électroniques et thermodynamiques tout à fait fascinantes. Deux interactions majeures entre la bande de conduction et les électrons localisés de la couche 4f entrent en compétition et régissent la physique de ces composés: l'effet Kondo tend à écranter les moments magnétiques 4f alors que les interactions RKKY favorisent plutôt des moments localisés et ordonnés. Un diagramme de phase complexe naît de cette compétition et le comprendre exige une caractérisation complète des niveaux 4f. La dégénérescence des multiplets liés au couplage spin-orbit est levée par les effets de champ cristallin, et les écarts entre les niveaux d'énergie qui en résultent ainsi que les symétries des états fondamentaux et excités doivent être déterminés expérimentalement. Les effets de champ cristallin dans les lanthanides peuvent être sondés par diverses techniques expérimentales dont la susceptibilité magnétique, la diffusion inélastique de neutrons, la spectroscopie par absorption de rayons X ou de photoémission. Cependant, chacune de ces techniques présente des limitations propres qui empêchent une caractérisation précise de ces effets. Nous présentons dans cette thèse les capacités de la technique de diffusion résonante inélastique des rayons X mous (soft-RIXS) à sonder les effets de champ cristallin dans les composés à base de cérium. Les dernières avancées en instrumentation ont permis de repousser les limites de la résolution en énergie jusqu'à 30 meV au seuil M5 du Cérium, suffisant pour séparer les transitions électroniques des plus bas des niveaux 4f. Le composé CeRh2Si2 a été étudié à titre d'exemple. Les énergies des excitations de couplage spin-orbit et de champ cristallin observées expérimentalement fournissent une mesure directe des écarts des niveaux 4f, tandis que la comparaison entre les spectres expérimentaux et des calculs basés sur le multiplet complet dans l'approximation à un ion permet d'identifier sans ambiguïté la symétrie des états de plus basse énergie du champ cristallin. L'orientation des fonctions d'ondes dans les plans ab du cristal peut aussi être déterminée de manière très simple en mesurant la polarisation des photons diffusés de manière inélastique. L'interaction avec les états itinérants peut introduire une variation de l'énergie des niveaux 4f en fonction du vecteur de diffusion q, qui se traduit par des signatures observables dans les spectres de diffusion inélastique résonante de rayons X. Un modèle simple est proposé pour expliquer la variation observée en fonction de q, mais des calculs théoriques plus poussés apparaissent nécessaires pour rendre compte de manière plus exacte de ces variations. L'étude des composés CeCu2Si2 et CeCo2Ge2 montre que la diffusion inélastique des rayons X peut sonder des effets de champ cristallin bien plus faibles ou bien plus importants que ceux observés dans CeRh2Si2. Dans le futur, une meilleure résolution en énergie et des modélisations plus poussées devraient encore améliorer la précision des études des effets de champ cristallin dans les composés de Cérium et autres lanthanides par diffusion inélastique de rayons X. / Cerium intermetallic compounds exhibit fascinating magnetic, electronic and thermodynamic properties at low temperatures. Their physics is governed by two competing interactions between the conduction band and localised 4f electrons: the Kondo effect tends to screen the 4f magnetic moments while RKKY exchange favours ordered local moments. From this competition, a complex phase diagram arises and its understanding requires a full characterisation the 4f levels. The crystal electric field (CEF) effects lift the degeneracy of the spin-orbit multiplets and the resulting energy splittings (tens of meV) as well as the symmetry of the ground and excited states must be determined experimentally. CEF effects in the lanthanides can be studied with a number of experimental probes including magnetic susceptibility, inelastic neutron scattering, X-ray absorption spectroscopy or photoemission spectroscopy. However, each of these techniques has limitations which can prevent an accurate characterisation. This thesis discusses the potential of Resonant Inelastic soft X-ray Scattering (soft-RIXS) to become a new probe of the CEF in cerium compounds. The latest advances in instrumentation have pushed the energy resolution in soft RIXS down to 30 meV at the Ce M5 edge, good enough to resolve the electronic transitions between the lowest lying 4f levels. This is demonstrated using the example of CeRh2Si2 spectra. The observed energies of the spin-orbit and CEF excitations provide a direct measurement of the 4f splittings and the comparison of the experimental spectra with full-multiplet single-ion calculations unambiguously identifies the symmetry of the lowest CEF levels. The orientation of the wave-functions in the crystal ab plane can also be determined in a straightforward manner by measuring the polarisation of the inelastically scattered photons. The interaction with itinerant states can lead to a momentum dependence of the 4f levels' energy and this leaves signatures in the excitation spectra that can be observed in RIXS. A simple model is proposed to explain the observed q dependence but further theoretical work is needed to properly account for the momentum dependence of the 4f excitations. Using the examples of CeCu2Si2 and CeCo2Ge2 it is demonstrated that RIXS can probe CEF splittings that are significantly smaller or much larger than those in CeRh2Si2. With better energy resolution and more advanced modelling RIXS studies of the CEF in cerium and other lanthanide ions will become even more accurate in the future.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste trabalho é a síntese e investigação estrutural e óptica de amostras SrGa2O4 dopados com 1% de íons Ni2+. Estas amostras foram sintetizados por reação do estado sólido convencional, utilizando como materiais de partida de alta pureza Ga2O3, SrCO3 e NiO em quantidades estequiométricas. As amostras foram caracterizadas estruturalmente pelo método de difração de raios - X( XRD ) e as medições de difração mostraram que as amostras têm uma única fase monoclínica. Os padrões de XRD também foram refinados pelo método de Rietveld, que permitiu a determinação dos parâmetros de célula unitária. A Caracterização óptica das amostras puras e dopadas SrGa2O4 foram realizadas as medições a partir de fotoluminescência, de excitação e de absorção fotoacústica, à temperatura ambiente. Os espectros de emissão mostraram três bandas de emissão localizadas em 557 nm, 661 nm e 844 nm e foram identificadas essas bandas, respectivamente, com as seguintes transições eletrônicas :1T2 (1D) &#8594; 3A2 (3F), 3T1 (3F)&#8594; 3A2 (3F) e 1T2 (1D) &#8594; 3T2 (3F). Os espectros de excitação mostraram seis bandas de absorção associadas às transições electrônicas do nível 3A2 (3F) para o 3T1 (3P) , T1 (3P), 1A1 (1G), 1T2 (1D), 3T1 (3F), 1E (1D) e 1T2, 1E (1G). Medidas de absorção fotoacústica também foram realizados com o fim de verificar as transições ópticas observadas nos espectros de excitação e de identificar novas bandas de absorção óptica. Os resultados demonstraram que os íons de Ni2+ ocupam dois locais octaédricos diferentes na amostra SrGa2O4 dopado. A partir das transições ópticas observadas nos espectros de excitação e fotoacústica, determinou-se o parâmetro de cristal de campo, dq, e parâmetros Racah, B e C. A proporção Dq / B &#8776; 1.2 para ambos os locais são típicos para Ni2+ íons inseridos em redes de óxido e em coordenação octaédrica. / The aim of this work is the synthesis and structural and optical investigation of SrGa2O4 samples doped with 1% of Ni2+ ions. These samples were synthesized by conventional solid-state reaction using as starting materials high purity SrCO3, Ga2O3 and NiO in stoichiometric quantities. Samples were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD) method and the diffraction measurements showed that the samples have a single monoclinic phase. The XRD patterns were also refined by the Rietveld method which allowed the determination of the unit cell parameters. Optical characterization of the pure and doped SrGa2O4 samples were performed from photoluminescence, excitation and photoacoustic absorption measurements at room temperature. Emission spectra showed three emission bands localized at 557 nm, 661 nm and 844 nm and these bands were identified, respectively, with the following electronic transitions: 1T2 (1D) &#8594; 3A2 (3F), 3T1 (3F)&#8594; 3A2 (3F) e 1T2 (1D) &#8594; 3T1 (3F). Excitation spectra showed six absorption bands associated to the electronic transitions from the level 3A2 (3F) to the 3T1 (3P), 1A1 (1G), 1T2 (1D), 3T1 (3F), 1E (1D) e 1T2, 1E (1G) levels. Photoacoustic absorption measurements were also carried out in order to verify the optical transitions observed in the excitation spectra and to identify new optical absorption bands. The results showed that Ni2+ ions occupy two different octahedral sites in the SrGa2O4 doped sample. From the optical transitions observed in the excitation and photoacoustic spectra, we determined the crystal-field parameter, Dq, and Racah parameters, B and C. The ratio Dq/B &#8776; 1.2 for both sites are typical for Ni2+ ions inserted in oxide lattices and in octahedral coordination.

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

A study of the local structure of the Eu3+ ion with high symmetry in crystals was carried out using the crystal field theory by the method of nearest neighbours (MENN). The crystals studied were: M2O3, SnO2, BaliF3 and XMgF3 doped with very low concentrations of Eu3+ ion. From equations of the crystal field parameters, the maximum splitting of 7F1 multiplet and the electrostatic equilibrium of luminescent site was possible to predict the interatomic distance Eu-O ions in the luminescent site. For the M2O3 crystal, the overlap between the 4f orbitals and 2p in the range 0.07. Ïj.0.1 and the charge factor between 0.55.gj.0.9 gave better predictions for the indication of the local structure of luminescent site. The electrical neutrality of the luminescent site was satisfied. The Batista-Longo Improved Model (BLIM) was used to show that the Eu3+ ion charge may be greater than its own valence. The predictions give an indication of a point symmetry S6 or D3d. For the SnO2 oxide two sets of charge factors were used. Both were related by the equation of the electrostatic equilibrium of luminescent site. A P = 1.0029 proportionality constant related non equivalent interatomic distances. The overlap between the 4f orbitals and 2p in the range 0.05. Ïj.0.1 and the charge factor 0.5.gj.0.75 gave better predictions for the indication of the local structure of luminescent site. The predictions indicate that the Eu3+ ion replaces the Sn4+ ion in a point symmetry C2h or D2h. For the BaliF3 and XMgF3 crystals is suggested that the Eu3+ ion occupies a lowest symmetry D4d with coordination number eight. The experimental splitting was reproduced with gj = 0.402 and Ïj = 0.05. The signal of the B2 0 was reproduced. This study was done based on the emission spectrum of Eu3+ ion and structure calculations based on molecular dynamics. The predictions of the Eu-PV interatomic distance and local symmetry of the luminescent site is in good agreement with experimental data. / Um estudo da estrutura local do sitio luminescente do ion Eu3+ com alta simetria em cristais foi realizado utilizando a teoria de campo cristalino atraves do metodo dos vizinhos equivalentes (MENN). Os cristais estudados foram: M2O3, SnO2, BaLiF3 e XMgF3 dopados com baixissimas concentracoes do ion Eu3+. A partir das equacoes dos parametros de campo cristalino, do desdobramento maximo do multipleto 7F1 e do equilibrio eletrostatico do sitio luminescente foi possivel fazer previsoes da distancia interatomica entre os ions Eu-O no sitio luminescente do ion Eu3+. Para o cristal M2O3, o recobrimento entre os orbitais 4f e 2p no intervalo entre 0.07. Ïj.0.1 e o fator de carga entre 0.55.gj.0.9 apresentaram as melhores previsoes para a indicacao da estrutura local do sitio luminescente. A neutralidade eletrostatica do sitio luminescente foi satisfeita com o MENN. O Batista-Longo Improved Model (BLIM) foi utilizado como comparativo para mostrar que a carga do ion Eu3+ pode ser maior que sua propria valencia. As previsoes dao indicacao de uma simetria pontual S6 ou D3d. Para o oxido SnO2 dois conjuntos de fatores de cargas foram utilizados. Ambos foram relacionados pela equacao do equilibrio eletrostatico do sitio luminescente. Uma constante de proporcionalidade P=1.0029 relacionou as distancias interatomicas nao equivalentes. O recobrimento entre os orbitais 4f e 2p no intervalo entre 0.05. Ïj.0.1 e o fator de carga entre 0.5.gj.0.75 apresentaram as melhores previsoes para a indicacao da estrutura local do sitio luminescente. As previsoes indicam que o ion Eu3+ substitui o ion Sn4+ em uma simetria pontual C2h ou D2h. Para os cristais BaLiF3 e XMgF3 e sugerido que o ion Eu3+ ocupe uma simetria mais baixa D4d com numero de coordenacao 8. O desdobramento experimental foi reproduzido com gj = 0.402 e Ïj = 0.05. O sinal do B2 0 foi reproduzido. Este estudo foi feito baseado no espectro de emissao do ion Eu3+ e de calculos de estrutura local baseado em dinamica molecular. As previsoes da distancia interatomica Eu-PV e simetria local do sitio luminescente estao em trostatico do sitio uminescente foi possivel fazer previsoes da distancia interatomica entre os ions Eu-O no sitio luminescente do ion Eu3+. Para o cristal M2O3, o recobrimento entre os orbitais 4f e 2p no intervalo entre 0.07. Ïj.0.1 e o fator de carga entre 0.55.gj.0.9 apresentaram as melhores previsoes para a indicacao da estrutura local do sitio luminescente. A neutralidade eletrostatica do sitio luminescente foi satisfeita com o MENN. O Batista-Longo Improved Model (BLIM) foi utilizado como comparativo para mostrar que a carga do ion Eu3+ pode ser maior que sua propria valencia. As previsoes dao indicacao de uma simetria pontual S6 ou D3d. Para o oxido SnO2 dois conjuntos de fatores de cargas foram utilizados. Ambos foram relacionados pela equacao do equilibrio eletrostatico do sitio luminescente. Uma constante de proporcionalidade P=1.0029 relacionou as distancias interatomicas nao equivalentes. O recobrimento entre os orbitais 4f e 2p no intervalo entre 0.05. Ïj.0.1 e o fator de carga entre 0.5.gj.0.75 apresentaram as melhores previsoes para a indicacao da estrutura local do sitio luminescente. As previsoes indicam que o ion Eu3+ substitui o ion Sn4+ em uma simetria pontual C2h ou D2h. Para os cristais BaLiF3 e XMgF3 e sugerido que o ion Eu3+ ocupe uma simetria mais baixa D4d com numero de coordenacao 8. O desdobramento experimental foi reproduzido com gj = 0.402 e Ïj = 0.05. O sinal do B2 0 foi reproduzido. Este estudo foi feito baseado no espectro de emissao do ion Eu3+ e de calculos de estrutura local baseado em dinamica molecular. As previsoes da distancia interatomica Eu-PV e simetria local do sitio luminescente estao em bom acordo com dados experimentais.

In this work the Point Charge Electrostatic Model (PCEM), the Simple Overlap Model (SOM) and the Method of Equivalents Nearest Neighbors (MENN) were applied to a well known series of oxides, namely, Gd2O3, Y2O3, Lu2O3, In2O3 and Sc2O3, all doped ion Eu3+ with the purpose of discussing the charge of interaction and some aspects of the crystal field effect. To this end, calculations were made of the crystal field and crystal field strength parameters and splitting of the 7F1 level of the luminescent ion. By using the luminescent site local structure, the PCEM, as expected, led to satisfactory results only from the qualitative point of view. With the SOM and the MENN it was possible to reproduce the experimental splitting of the 7F1 energy level and its sublevels, with physically acceptable charge factors. Only in some cases the NN charge has been greater than its valence. A discussion on the position of the charge of interaction also has been made. / Neste trabalho o Modelo Eletrostático de Cargas Pontuais, o Modelo de Recobrimento Simples e o Método dos Vizinhos Equivalentes foram aplicados a uma série bem conhecida de óxidos, a saber, Gd2O3, Y2O3, Lu2O3, In2O3 e Sc2O3, todos dopados com o íon Eu3+, com o objetivo de discutir a carga de interação e aspectos do efeito do campo cristalino. Para isso, foram feitos cálculos de parâmetros do campo cristalino, de parâmetro de força do campo cristalino, dos subníveis e desdobramento do nível 7F1 do íon luminescente. Usando a estrutura local do sitio luminescente, o modelo eletrostático, como esperado, levou a resultados satisfatórios apenas do ponto de vista qualitativo. Já com o modelo de recobrimento simples e com o método dos vizinhos equivalentes foi possível reproduzir o desdobramento experimental do nível de energia 7F1 e os seus subníveis, com fatores de carga fisicamente plausíveis. Em apenas alguns poucos casos a carga dos primeiros vizinhos foi maior que a valência respectiva. Também está feita uma discussão sobre a possível posição desta carga de interação.

Uma amostra de zoisita natural proveniente da região de Teófilo Otoni Minas Gerais foi caracterizada pelas técnicas de termoluminescência (TL), ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e absorção óptica (AO). As curvas de emissão TL das amostras natural e sob irradiação gama apresentaram picos em 130, 150, 265, 350 e 435 ºC todos eles com uma forte superposição. Tratamentos térmicos (TT) entre 500 e 900 °C afetaram muito pouco a estrutura cristalina da zoisita, no entanto os nove picos em 135, 155, 175, 200, 225, 255, 285, 320 e 360 ºC, ajustados teoricamente por deconvolução à curva experimental, apresentaram um máximo de sensibilidade TL para TT entre 600 e 700 ºC. O espectro de emissão TL contém uma banda intensa em torno de 310 nm e outra fraca em torno de 270 nm indicando que existem dois centros de recombinação que participam do processo de TL, o primeiro devido ao alumínio e o segundo devido ao titânio respectivamente. Exposições de amostras com TT em 600 °C à luz ultravioleta (UV) revelaram uma alta sensibilidade dos picos TL até 300 ºC, o que torna a zoisita um potencial candidato para aplicações em dosimetria de luz UV. A resposta TL da zoisita sob irradiação de raios gama, beta e elétrons de 1,4 MeV é similar, a única diferença está no aparecimento do pico em 110 ºC na irradiação com fonte beta. O espectro de EPR apresentou as seis linhas hiperfinas típicas do íon de Mn2+, em torno de g = 2,0, sobrepostas à linha da transição -1/2 -- +1/2 do Fe3+ num ambiente octaédrico. Além disso, dois conjuntos de linhas entre 800 - 1500 Gauss e 1500 - 2000 Gauss foram atribuídos aos íons de Cr3+ e Fe3+ respectivamente. Ambos íons sob ação de um forte componente axial de campo cristalino (CC), onde o nível fundamental 4A2 do íon de Cr3+ é desdobrado em dois dubletos mS = ±1/2 e mS = ±3/2. Os parâmetros de campo cristalino, Delta = 15100 cm-1, B = 739,5 cm-1 e D/B = 2,19 foram calculados a partir das transições permitidas de spin 4A2 -- 4T1 e 4A2 -- 4T2 do íon de Cr3+ na região visível do espectro de AO. A quebra do nível 4T2 foi atribuída à redução da simetria do poliedro Al(Cr)-O e à transição proibida de spin 4A2 -- 2T1 que sugere a substituição do Al3+ pelo Cr3+ na posição M3 da estrutura da zoisita. Bandas de AO devido a íons hidroxila e água foram identificadas na região do infravermelho próximo, todas elas estáveis frente a TT até 800 ºC e doses gama adicionais até 50 kGy. Baseado nos comportamentos dos centros de alumínio, titânio e E1 foi proposto um mecanismo de emissão TL. / Natural zoisite from the locality of Teófilo Otoni in the state of Minas Gerais - Brazil was investigated utilizing the techniques of thermoluminescence (TL), electron paramagnetic resonance (EPR) and optical absorption (OA). Natural as well as gamma irradiated zoisite exhibited TL peaks at 130, 150, 265, 350 and 435 ºC with an overlap of one peak with the other. Crystal structure of zoisite was found to be little affected by heat treatments in the range 500 - 900 °C. Deconvolution analysis has shown nine TL peaks at 135, 155, 175, 200, 225, 255, 285, 320 and 360 ºC. High TL sensitization has been observed for heat treated samples at 600 and 700 °C. The TL emission spectrum has shown a strong band around 310 nm and a weak one at 270 nm indicating the existence of two recombination centers, the first one due to aluminum and second one to titanium are involved in the TL process. Heat treated zoisite at 600 ºC exhibited high TL sensitivity of all TL peaks up 300 ºC. This feature indicates that zoisite can be a strong candidate for applications in UV dosimetry. The TL response of zoisite to beta rays and 1.4 MeV accelerated electrons is similar to that of gamma rays, with the exception that the electrons produced a 110 ºC peak. This peak was not seen under gamma irradiation. The EPR spectrum has shown the typical Mn2+ six hyperfine lines around g = 2.0. 1/ 2 to +1/ 2 transition line of the Fe3+ ion in an octahedral environment is also seen and the Mn2+ lines are overlapped by the Fe3+ line. On the other hand, most significant results have been observed in the low magnetic field region. Cr3+ lines are seen in the 800 - 1500 Gauss region and lines attributable to Fe3+ ion are observed in the 1500 - 2000 Gauss region. Both ions are under strong axial component of the crystal field (CF), where 4A2 state is split in two doublets mS = ±1/2 and mS = ±3/2. The crystal field parameters, Delta = 15100 cm-1, B = 739.5 cm-1 and Dq/B = 2.19 were calculated from the allowed spin transitions 4A2 -- 4T1 and 4A2 -- 4T2 of the Cr3+ ion in the visible region. The lifting of the 4T2 level was attributed to the lower polyhedron symmetry Al(Cr)-O and to the forbidden spin transition 4A2 -- 2T1; this suggests a substitution of Al3+ by Cr3+ ion at the site known as M3 in the structure of zoisite. Absorption bands due to OH and water molecule have been identified in the near infrared region. These bands have been found to be stable up to 800 ºC heat treatment and gamma doses up to 50 kGy. A model for the observed TL emission has been proposed based on the thermal annealing behaviour Al, Ti and E1 centers.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (&#916;ST) e a variação adiabática da temperatura (&#916;TS); que são obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode&#8208;se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado sob variações na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade mantém&#8208;se fixa, e é caracterizado por duas quantidades: a variação anisotrópico&#8208;isotérmica da entropia (&#916;San) e a variação anisotrópico&#8208;adiabática da temperatura (&#916;Tan). O efeito magnetocalórico e o efeito magnetocalórico anisotrópico foram estudados nos compostos intermetálicos formados por terras e outros materiais não magnéticos: RNi2, RNi5, RZn e Gd1&#8208;nPrnAl2. Os cálculos foram feitos partindo de hamiltonianos modelo que incluem as interações de troca, Zeeman, de campo cristalino e quadrupolar. / The magnetic refrigeration is based on the magnetocaloric effect. The magnetocaloric potential is characterized by the two thermodynamics quantities: the isothermal entropy change (&#916;Siso) and the adiabatic temperature change (&#916;Tad), which are calculated upon a change in the intensity of the applied magnetic field. In anisotropic magnetic systems it is observed a change in the magnetocaloric effect, since this potential becomes strongly dependent on the direction in which the external magnetic field is applied. The anisotropy in such magnetic systems can lead to an inverse magnetocaloric effect, as well as to the definition of an anisotropic magnetocaloric effect, that by definition is calculated upon a magnetic field which intensity is kept fixed and which orientation is changed from a hard direction of magnetization to the easy direction of magnetization. This anisotropic magnetocaloric effect was performed for the RAl2 intermetallic compounds considering a microscopic model Hamiltonian that includes the Zeeman interaction, the exchange interaction (taken in the mean field approximation) and the crystalline electrical field, that is responsible for the anisotropy in the RAl2 compounds. The anisotropic magnetocaloric was fully investigated for the serie RAl2 and compared with the usual magnetocaloric effect and several curves of (&#916;Siso) and (&#916;Tad) were obtained.

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