Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the first part of this work, a series of selenophenes and tellurophenes were prepared starting from of (Z)-chalcogenoenynes, by employing FeCl3 diorganyl dichalcogenide-mediated intramolecular cyclization. In general, the cyclic products were obtained in moderate to good yields. In order to evaluate the versatility of the obtained 3-chalcogen selenophene derivatives, we tested the reactivity of these compounds toward halogenation and Li/Se exchange reactions. In this way, the reaction of 2,5-diphenil-3-(fenilselene)-selenofene with an excess of bromine, afforded the resultant product in 86% yield. In addition, the reaction of 2,5-diphenil-3-(butilselene)selenofene with n-butyllithium gave the lithiated species. The lithiated species was trapped by aldehydes affording the secondary alcohols in 68 to 73% yield. In a second stage, we developed an alternative method to promote the intramolecular cyclization of o-alkynyl benzaldimines 3, by employing CuI and differently substituted diorganoyl diselenides as promoter agents of this process. Through this cyclization protocol we could satisfactory synthesize a series of 4-organochalcogen-isoquinolines 4 in good yields. Finally, the presence of an organochalcogen substituent in the isoquinoline structure allowed further structural elaboration through conversion of the chalcogen group into other substituents. In this sense, when the 4-(buthyltelluro)-3-phenylisoquinoline was applied to the tellurium lithium exchange conditions, followed by reaction with aldehydes, the corresponding secondary alcohols were obtained in high yields. Furthermore, we have also successfully applied this isoquinoline as a substrate in Suzuki and Sonogashira coupling conditions affording the corresponding products moderate to good yields. / Este trabalho relata a síntese de uma série de heterociclos através da ciclização intramolecular de substratos alquinílicos com dicalcogenetos de diorganoíla mediados por sais de cobre ou sais de ferro. Primeiramente, relatamos a síntese de selenofenos e telurofenos 2 através da ciclização intramolecular de (Z)-selenoeninos e (Z)-teluroeninos 1 com dicalcogenetos de diorganoíla mediados por FeCl3. Essa metodologia permitiu a obtenção de novos derivados de calcogenofenos de moderados a bons rendimentos com a adicional inserção de uma molécula orgânica de calcogênio na posição 3 do anel formado. Com a finalidade de avaliar o potencial reatividade dos compostos obtidos 2, o composto 2,5-difenil-3-(selenofenil)-selenofeno foi submetido a uma reação de bromação do anel aromático resultando na formação do selenofeno substituído com bromo, nas posições 3 e 4 do anel heterocíclico, em 86% de rendimento. Adicionalmente, o composto 2,5-difenil-3-(selenobutil)selenofeno foi selecionado como material de partida para uma reação de troca selênio-lítio com a subsequente reação com aldeídos levando a formação dos álcoois secundários, na posição 3 do anel do selenofeno, em rendimentos de 68-73%. Posteriormente, desenvolvemos uma metodologia para síntese de 4-organocalcogeno-isoquinolinas 4, partindo-se dos substratos o-alquinil benzaldiminas 3. A combinação de quantidades catalíticas de CuI com dicalcogenetos de diorganoíla mostrou-se eficiente para obtenção das isoquinolinas em bons rendimentos A fim de avaliar a versatilidade das 4-organocalcogeno isoquinolinas obtidas, como precursores para síntese de isoquinolinas com diferentes funcionalizações, o composto 4-(telurobutil)-3-fenilisoquinolina foi submetido a reações de acoplamento cruzado do tipo Suzuki e do tipo Sonogashira, catalizados por sais de paládio. Também, foram realizadas as reações de troca telúrio-lítio com a subsequente reação com diferentes aldeídos levando aos alcoóis derivados em bons rendimentos.

[pt] Dicalcogenetos de metais de transição, como dissulfeto de molibdênio, disseleneto de tungstênio, entre outros exibem muitas propriedades interessantes que fazem os materiais desta família boas perspectivas para aplicações futuras, especialmente em diversas applicações da optoeletrônica, desde telecomunicações até medicina, devido à interessante transição de gap de banda indireta para direta que ocorre quando se isola uma única camada destes materiais. Um dos objetivos desta tese é: explorando essa propriedade e modificando a estrutura da dissulfeto de tungstênio usando um método simples e confiável de modificação estrutural, pode-se aprimorar as propriedades dos materiais de forma eficiente, bem como desenvolver novas maneiras de caracterizar esse material e suas modificações, em particular, a determinação de um parâmetro chave para aplicações de WS2, o número de camadas, usando espectroscopia Raman. Neste caso, o tratamento de plasma melhorou a intensidade de fotoemissão em 34 por cento além de p-dopar os cristais monocamada, abrindo portas para a realização de dispositivos baseados em WS2. Além disso, desenvolvemos um método de discriminação de monocamadas que é independente de tensão aplicada, modificação strutural ou dopagem. / [en] Transition metal dichalcogenides, such as molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and others exhibit many interesting properties. Such properties make them good prospects for future applications, especially in optoelectronics. From telecommunication to medicine, due to the interesting indirect-to-direct band-gap transition, one isolates a single layer of the material. One of the goals of this thesis is to modify the structure of tungsten disulfide using a simple, reliable, structural modification approach, i.e., plasma treatment. In this way, we were able to enhance the materials luminescence emission intensity up to 34 percent. Also, this treatment pdoped the monolayer structures, opening doors for the realization of devices. Another objective of this work is to develop new ways to characterize this material, particularly the determination of a critical parameter for WS2 applications, the number of layers, using Raman spectroscopy, where we developed a efficient method to discriminate monolayers independently of induced strain, structure modification and doping.

[pt] Materiais nanoestruturados tem um espaço proeminente nos avanços tecnológicos devido a suas propriedades físicas e químicas que podem ser bem diferentes das encontradas no mesmo material em forma de bulk. Na primeira parte desta tese foram investigados, como centros espalhadores em laser aleatório (RL) materiais nanoestruturados naturais, como exemplo disso são o quartzito e a celulose. Nesse contexto, usamos celulose e o quartzito como centros espalhadores de lasers aleatórios, em suspensão com etileno glicol, com o intuito de caracterizar esses sistemas como lasers aleatórios, definindo-se o limiar laser e a variação da largura a meia altura do espectro de emissão laser. São apresentadas também outras configurações do laser aleatório como o filme espesso de celulose e onda guiada com suspensão de quartzito. Uma outra área de pesquisa com grande impulso, após a descoberta do grafeno, é aquela associada aos materiais 2D, tais como os Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMDs). Na segunda parte desta tese está relacionada com a caracterização de propriedades ópticas não lineares (ONL) que tem uma enorme importância para aplicações de materiais 2D em dispositivos optoeletrônicos e em nanofotônica. Já na segunda parte dessa tese foram caracterizadas as propriedades de ONL térmica e eletrônica de materiais do tipo TMDs, para a determinação dos valores do índice de refração não linear e o coeficiente de absorção não linear desses materiais, usando a técnica de varredura Z (Z-Scan). / [en] Nanostructured materials have a prominent place in technological advances due to their physical and chemical properties that can be quite different from those found in the same material in bulk form. In the first part of this thesis, random laser scattering centers (RL) were investigated. natural nanostructured materials such as quartzite and cellulose. In this context, we used cellulose and quartzite as scattering centers for random lasers, suspended with ethylene glycol, to characterize these systems defining the laser threshold and full width half maximum (FWHM) of these random lasers. Other random laser configurations are also presented, such as thick cellulose film and guided wave with quartzite suspension. Another area of research with great impetus, after the discovery of graphene, is that associated with 2D materials, such as Transition Metal Dichalcogenides (TMDs). The second part of this thesis is related to the characterization of nonlinear optical properties (NLO) which is of enormous importance for applications of 2D materials in optoelectronic devices and in nanophotonics. In the second part of this thesis, the thermal and electronic NLO properties of TMD-type materials were characterized, to determine the values of the nonlinear refractive index and the nonlinear absorption coefficient of these materials, using the Z- scan technique.

[pt] O objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos eficientes e reprodutíveis de crescimento de monocamadas de WS2, MoS2 e outras heteroestruturas verticais por deposição química em fase de vapor à pressão atmosférica (APCVD). A monocamada separada destes materiais tem grande importância na fabricação de novos dispositivos óticos e Nano eletrônicos. Dispositivos finos e de baixo custo necessitam temperaturas em torno de 800 graus celsius, o que é um problema para aplicações mencionadas acima. Nesta tese, nós propusemos uma nova rota usando APCVD para crescer monocamadas de MoS2 a 550 graus celsius, usando sódio como catalisador. Nós produzimos monocristais e poli cristais controlando a razão de precursores NaNO3/MoO3 e tempo de crescimento. Usando cálculos de primeiros princípios, mostramos que o sódio atua como centro de nucleação para o processo de síntese. A razão de precursores é crucial para diminuir a energia de formação e a temperatura de síntese. Cálculos de primeiros princípios e experimentos concordam que uma razão ideal é em torno de 0.3, proporcionando uma queda de 250 graus celsius na temperatura de crescimento. Nós investigamos as amostras crescidas por APCVD usando espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X, microscopia de força atômica, espectroscopia Raman, fotoluminescência e mediadas de transporte. Dicalcogenetos de metais de transição (TMD) dispostos em poucas camadas permitem-nos criar materiais e estudar novos fenômenos físicos. A sequência de empilhamento dos TMDs pode modificar suas propriedades opticas e elétricas. Também sintetizamos poucas camadas de MoS2 e WS2 usando APCVD. Duas e três camadas de WS2, MoS2 e suas heteroestruturas verticais foram caracterizadas através de geração de segundo harmônico (SHG). SHG mostra que as bicamadas crescidas com ângulos de rotação relativos de 0 grau e 60 graus possuem diferentes fases de empilhamento. O SHG do empilhamento bicamada com ângulo relativo de 0 graus aumentos, enquanto para amostras com empilhamento de 60 graus foi zerado. Este comportamento do SHG sugere que duas camadas de MoS2 ou WS2, quando empilhados a 0 graus não possuem simetria de inversão para 3R(AB) entre as camadas inferiores e superiores, enquanto as camadas de 60 graus possuem simetria de inversão (centrossimétricas) e possuem empilhamento na forma 2H(AA). Finalmente, dispositivos foram fabricados em amostras de boa qualidade para a investigação de sua performance elétrica. Os dispositivos mostram comportamento típico tipo-n e sua mobilidade foi estimada a partir das curvas de transporte. A dependência dos modos Raman das nossas amostras de heteroestruturas também foi estudada. Aplicando uma tensão nos dispositivos, o modo A1 mostrou um desvio para o azul e um novo modo surge em 410 cm-1, atribuídos defeitos (D) no cristal. / [en] The aim of this work was to develop reliable and repeatable methods for growing high-quality monolayer MoS2, WS2, and their vertical heterostructure by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) technique. The monolayer of these materials have vital importance in the fabrication of new optical and nanoelectronic devices. Thin and low-cost devices have increased the demand for new synthesis processes. Usually, the synthesis requires temperatures around 800 Celsius degrees, which is an issue for applications mentioned above. In this thesis, we propose a new route using the APCVD technique to grow monolayers of MoS2 at 550 Celsius degrees mediated by sodium as a catalyst. We have produced single crystals and polycrystals by controlling the NaNO3/MoO3 precursor s ratio and growth time. Using first-principles calculations, we find out that sodium is the nucleation site of the growth process. The precursor s ratio is crucial to decrease the energy formation and the synthesis temperature. Firstprinciples calculations and experiments agree with the ideal precursor s rate of 0.3 and with the decrease of the synthesis temperature of 250 Celsius degrees. We investigated the CVD grown sample with X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, and transport experiments. Few layers of TMDs allow us to create new materials and find new physical phenomena. The stacking sequence in few-layer TMDs can significantly impact on their electrical and optical properties.We also synthesized few layers of MoS2 and WS2 via APCVD. Two and three layers of MoS2, WS2, and their vertical heterostructures were characterized by second harmonic generation (SHG). The SHG shows that the layers in bilayers grow with 0 degrees or 60 degrees has different phase stacking. The SHG from 0 degrees stacked bilayer has increased when compared to monolayer, while the generated signal from bilayer with 60 degrees stacking is zero. This behavior of SHG suggests that the two layers of MoS2 or WS2 when stacked at 0 degrees have no inversion symmetry to 3R(AB) phase stacking between the top layer and the bottom layer. While when stacked with 60 degrees has inversion symmetry (Centrosymmetric) and have 2H(AA0) phase stacking. Finally, the devices were fabricated on good quality samples to investigate their electrical performance. The fabricated devices show typical n-type behavior and mobility was estimated by measuring transport curves. The dependence of Raman modes of our heterostructure device with electron doping was also studied. By applying a voltage across our device the A1 mode shows blueshift and a new mode emerges at ~ 410 cm-1, which is attributed to the defects (D) in the crystal.