Este trabalho descreve os métodos usados para obtenção de uma amostra ultra-fria de átomos de estrôncio. Os métodos usados para preparar a amostra são: um desacelerador Zeeman e duas armadilhas magneto-ópticas (MOT). O primeiro MOT operando na transição 1S0−1 P1 (azul) e o segundo na transição 1S0−3P1 (vermelha). Com relação ao primeiro estágio, se faz necessário o uso de um laser de comprimento de onda de 497nm, que através da transição 3P2−3D2 recuperam os átomos que sofrem transição para os chamados estados escuros. O último estágio é uma armadilha de dipolo para átomos de estrôncio usando apenas um feixe laser com comprimento de onda de 1064nm. O carregamento dessa armadilha é feito transferindo uma amostra atômica já pré-resfriadas. Explicamos de que maneira é feita a análise e aquisição dos resultados apresentados. Ressaltamos ainda a importância dos resultados obtidos para o projeto atual e para projetos futuros. / The present work describes the methods used to obtain a sample of ultra cold atoms of strontium. The methods necessary for obtaining the sample are: a Zeeman decelerator and a two step magneto-optical trap (MOTs). The first MOT works on the blue transition 1S0−1P1 while the second is operating on the red transition 1S0−3P1 transition. In the first stage a laser operating at 497nm is used to drive the 3P2−3D2 transition in order to prevent atoms accumulating in the 3P1 dark state. The last stage, after cooling, consists in a dipole trap for strontium atoms using only one laser beam with 1064nm wavelength. This trap is loaded by the transfer of a pre cooled atomic sample. We explain how the analysis and acquisition of the presented data are made. We also emphasize the importance of the obtained results for the current project as well as for future ones.

Neste trabalho estudamos o processo de ressonância colisional o que nos permitiu aumentar a taxa de formação molecular em até seis vezes. Isto foi feito variando-se a temperatura atômica de uma amostra inicialmente aprisionada em uma armadilha magneto óptica (MOT) através de um passo de resfriamento do tipo melaço óptico (molasses). Uma explicação qualitativa foi apresentada para o efeito observando as soluções das funções de ondas parciais para átomos interagentes no estado fundamental. Carregamos uma armadilha óptica de dipolo formada por um laser de Ti:Safira. Por fim, ressaltamos a importância de tais resultados para o nosso grupo de pesquisas e a sua utilização em futuros experimentos. / In this work, we study a partial wave resonance process which allows us to increase the molecule formation rate up to six times. This was done by an atomic temperature variation which was first trapped in a magneto optical trap (MOT) by applying a molasses stage. A qualitative explanation was presented for the observed effect through the partial waves solutions for ground states interacting atoms. We loaded an optical dipole trap formed by a Ti:Sapphire laser. Finally, we discuss the importance of such results for our research and their use in future experiments.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Engelbert de Souza Folkuenig.pdf: 8804704 bytes, checksum: 956aed781c64725afe3d6dc23b53947c (MD5) Previous issue date: 2010-05-10 / Several electrochemical processes, such as electrocatalysis of organic substrates, make use of mediators. One of the mediators is the most commonly used anion methanesulfonate, CH3SO3, which has several advantages for such use, and chemical stability considered one of them. However, experimental studies indicate the possibility of this compound suffer the adsorption and decomposition on platinum electrodes. To get an understanding at the molecular level these processes, computer simulations were performed with the aid of the semi-empirical PM6. The cluster approach was used in the modeling of platinum surfaces with crystallographic orientations (111) and (100). The symmetries of most stable adsorption calculated for the anion in these areas correspond to the experimental data: C3V symmetry in (111) surface and C1 in (100) surface. To simulate the potential applied to the electrode, external electric fields with a positive sign and perpendicular to the surface of the clusters were applied. Changes in the lengths and angles of bonds adsorbed anion, as well as its values of dipole moment were observed. The infrared spectra of the systems anion-clusters were calculated and the values for the Stark tunning rate (Δstark) of mode δs CH3 were compared with the experimental value. Both for the free anion and for systems where the anion is adsorbed, it was found that the values of Δstark assumed negative values (indicating that the frequency of the vibrational mode δs CH3 diminished with increasing external eletric field), opposite to the experimental positive value (frequency mode δs CH3 increases with the increase in potential). Only with the addition of water molecules in the systems studied, in order to simulate the aqueous solvent is that the values of Δstark started to assume a positive value. The comparison showed the importance of the presence of water molecules in the simulation of an electrochemical system and prompted a detailed analysis of the frontier orbitals involved in this process. It was found that the dipole-dipole coupling between water molecules and the adsorbed anion is responsible for the Stark effect, while the electrostatic interactions between various molecules adsorbed anion affect the intensity of the absorption band mode δs CH3 in the spectra calculated. In (100) surfaces, the joint action of external field and water molecules, lead the anion molecule to adopt the adsorption geometries more inclined to systems without water molecules, indicating that this may be an important factor in explaining the greater reactivity of the anion on the surface. / Vários processos eletroquímicos, como por exemplo a eletrocatálise de substratos orgânicos, fazem uso de mediadores. Um dos mediadores mais utilizados é o ânion metanossulfonato, CH3SO3¯, que apresenta várias vantagens para tal uso, sendo a estabilidade química considerada uma delas. No entanto, estudos experimentais apontam para a possibilidade desse ânion sofrer processos de adsorção e decomposição em eletrodos de platina. Para se obter uma compreensão em nível molecular desses processos, simulações computacionais foram efetuadas com auxílio do método semi-empírico PM6. A aproximação de cluster foi utilizada na modelagem de superfícies de platina com orientações cristalográficas (111) e (100). As simetrias de adsorção mais estáveis calculadas para o ânion nessas superfícies correspondem aos dados experimentais: simetria C3v em superfície (111) e C1 em superfície (100). Para simular o potencial aplicado ao eletrodo, campos elétricos externos de sinal positivo e perpendiculares à superfície dos clusters foram aplicados. Alterações nos comprimentos e ângulos de ligações do ânion adsorvido, bem como em seus valores de momento dipolar foram observados. Os espectros de infravermelho dos sistemas ânion-clusters foram calculados e os valores para a taxa de variação Stark (Δstark) do modo δs CH3 foram comparados com o valor experimental. Tanto para o ânion livre quanto para os sistemas onde o ânion se encontra adsorvido, verificou-se que os valores de Δstark assumiam valores negativos (indicando que a frequência vibracional do modo δs CH3 diminuía com o aumento da intensidade do campo externo), ao contrário do valor experimental, positivo (frequência do modo δs CH3 aumenta com o aumento do potencial). Apenas com a adição de moléculas de água aos sistemas estudados, de modo a simular o solvente aquoso, é que os valores de Δstark passaram a assumir um valor positivo. Essa comparação revelou a importância da presença de moléculas de água na simulação de um sistema eletroquímico e motivou uma análise pormenorizada dos orbitais de fronteira envolvidos nesse processo. Verificou-se que a interação dipolo-dipolo entre as moléculas de água e o ânion adsorvido é o responsável pelo efeito Stark, enquanto as interações eletrostáticas entre várias moléculas do ânion adsorvidas afetam a intensidade da banda de absorção do modo δs CH3 nos espectros calculados. Nas superfícies (100), a ação conjunta do campo externo e das moléculas de água, levam a molécula do ânion a adotar geometrias de adsorção mais inclinadas em relação aos sistemas sem as moléculas de água, indicando que este pode ser um fator importante para explicar a maior reatividade do ânion sobre esse tipo de superfície.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1Σ+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1Σ+ (v = 0).

Temporal variations of Earth\'s magnetic field provide a great range of geophysical information about the dynamics at different layers of the Earth. Since it is a planetary field, regional and global aspects can be explored, depending on the timescale of variations. In this thesis, the geomagnetic field variations for the last two millennia were investigated. For that, some improvement on the methods to recover the ancient magnetic field intensity from archeological material were done, new data was acquired and a critical assessment of the global archaeomagnetic database was performed. Two methodological advances are reported, comprising: i) the correction for microwave method of the cooling rate effect, which is associated to the difference between the cooling times during the manufactory of the material and that of the heating steps during the archaeointensity experiment; (ii) a test for thermoremanent anisotropy correction from the arithmetic mean of six orthogonal samples. The temporal variation of the magnetic intensity for South America was investigated from nine new data, three from ruins of the Guaraní Jesuit Missions and six from archaeological sites associated with jerky beef farms, both located in Rio Grande do Sul, Brazil, with ages covering the last 400 years. These data combined with the regional archaeointensity database, demonstrates that the influence of significant non-dipole components in South America started at ~1800 CE. Finally, from a reassessment of the global archaeointensity database, a new interpretation was proposed about the geomagnetic axial dipole evolution, where this component falls constantly since ~700 CE associated to the breaking of the symmetry of the advective sources operating in the outer core. / Variações temporais do campo magnético da Terra fornecem uma grande diversidade de informações geofísicas sobre a dinâmica das diferentes camadas da Terra. Por ser um campo planetário, aspectos regionais e globais podem ser explorados, dependendo da escala de tempo das variações. Nesta tese, foram investigadas as variações do campo geomagnético para os dois últimos milênios. Para isso, aprimoramentos nos métodos de aquisição da intensidade geomagnética registrada em materiais arqueológicos foram realizados, bem como a aquisição de novos dados e uma avaliação crítica da base de dados arqueomagnética global. Dois novos avanços metodológicos são aqui propostos, sendo eles: i) correção para o método de micro-ondas do efeito da taxa de resfriamento, que está associada à diferença entre os tempos de resfriamento durante a manufatura do material e o das etapas de aquecimento durante o experimento de arqueointensidade; (ii) teste para correção da anisotropia termorremanente a partir da média aritmética de seis amostras posicionadas ortogonalmente umas às outras durante o experimento de arqueointensidade. A variação temporal da intensidade magnética para a América do Sul foi investigada a partir de nove dados inéditos, sendo três provenientes das ruínas das Missões Jesuíticas Guaraníticas e seis de sítios arqueológicos associados a fazendas de charque, ambos localizados no Rio Grande do Sul, Brasil, com idades que cobrem os últimos 400 anos. Esses dados, combinados com o banco de dados regionais de arqueointensidade, demonstram que a influência significativa de componentes não-dipolares do campo magnético na América do Sul começou em ~1800 CE. Finalmente, a partir de uma reavaliação do banco de dados globais de arqueointensidade uma nova interpretação foi proposta a respeito da evolução do dipolo axial geomagnético, sugerindo que essa componente está decrescendo constantemente desde ~700 CE devido à quebra da simetria das fontes advectivas que operam no núcleo externo.

Temporal variations of Earth\'s magnetic field provide a great range of geophysical information about the dynamics at different layers of the Earth. Since it is a planetary field, regional and global aspects can be explored, depending on the timescale of variations. In this thesis, the geomagnetic field variations for the last two millennia were investigated. For that, some improvement on the methods to recover the ancient magnetic field intensity from archeological material were done, new data was acquired and a critical assessment of the global archaeomagnetic database was performed. Two methodological advances are reported, comprising: i) the correction for microwave method of the cooling rate effect, which is associated to the difference between the cooling times during the manufactory of the material and that of the heating steps during the archaeointensity experiment; (ii) a test for thermoremanent anisotropy correction from the arithmetic mean of six orthogonal samples. The temporal variation of the magnetic intensity for South America was investigated from nine new data, three from ruins of the Guaraní Jesuit Missions and six from archaeological sites associated with jerky beef farms, both located in Rio Grande do Sul, Brazil, with ages covering the last 400 years. These data combined with the regional archaeointensity database, demonstrates that the influence of significant non-dipole components in South America started at ~1800 CE. Finally, from a reassessment of the global archaeointensity database, a new interpretation was proposed about the geomagnetic axial dipole evolution, where this component falls constantly since ~700 CE associated to the breaking of the symmetry of the advective sources operating in the outer core. / Variações temporais do campo magnético da Terra fornecem uma grande diversidade de informações geofísicas sobre a dinâmica das diferentes camadas da Terra. Por ser um campo planetário, aspectos regionais e globais podem ser explorados, dependendo da escala de tempo das variações. Nesta tese, foram investigadas as variações do campo geomagnético para os dois últimos milênios. Para isso, aprimoramentos nos métodos de aquisição da intensidade geomagnética registrada em materiais arqueológicos foram realizados, bem como a aquisição de novos dados e uma avaliação crítica da base de dados arqueomagnética global. Dois novos avanços metodológicos são aqui propostos, sendo eles: i) correção para o método de micro-ondas do efeito da taxa de resfriamento, que está associada à diferença entre os tempos de resfriamento durante a manufatura do material e o das etapas de aquecimento durante o experimento de arqueointensidade; (ii) teste para correção da anisotropia termorremanente a partir da média aritmética de seis amostras posicionadas ortogonalmente umas às outras durante o experimento de arqueointensidade. A variação temporal da intensidade magnética para a América do Sul foi investigada a partir de nove dados inéditos, sendo três provenientes das ruínas das Missões Jesuíticas Guaraníticas e seis de sítios arqueológicos associados a fazendas de charque, ambos localizados no Rio Grande do Sul, Brasil, com idades que cobrem os últimos 400 anos. Esses dados, combinados com o banco de dados regionais de arqueointensidade, demonstram que a influência significativa de componentes não-dipolares do campo magnético na América do Sul começou em ~1800 CE. Finalmente, a partir de uma reavaliação do banco de dados globais de arqueointensidade uma nova interpretação foi proposta a respeito da evolução do dipolo axial geomagnético, sugerindo que essa componente está decrescendo constantemente desde ~700 CE devido à quebra da simetria das fontes advectivas que operam no núcleo externo.

Investigou-se o efeito do \"caráter iônico\" de interfaces zwitteriônicas, formalmente neutras, representadas por micelas e vesículas obtidas de monômeros com cabeça hidrofílica dipolar, nas propriedades de acumulação e troca de espécies iônicas. Os sistemas estudados incluíram, micelas de 1-(N-hexadecil-N,N-dimetilamônio) propanossulfonato (HPS), Hexadecil fosforil colina (C16PN), 3-hexadecil glicerofostidil colina (lisoPC) e vesículas de fosfatidil colina (PC). O estudo da ligação e troca iônica nestas interfaces foi monitorado a partir de efeitos sobre reações prototrópicas de sondas como a 8-hidroxi-1,3,6-pirenotrisulfonato de sódio (piranina). Observou-se a ligação crescente da piranina na seguinte ordem lisoPC < C16PN < HPS e troca iônica com sais adicionados (função do ânion) na ordem inversa, isto é, lisoPC &gt; C16PN &gt; HPS. Estudos de reprotonação de 1 e 2 naftóis incluídos nestes agregados, via salto de pH induzido por laser, revelaram um perfil de concentração de prótons inverso àquele das cargas do dipolo, isto é, concentração nos polos negativos e exclusão nos positivos. Este resultados foram ainda reforçados por estudos de excitação de volume, via espalhamento de luz, com micelas de HPS em função de sal adicionado. A partir destes resultados propôs-se um modelo de capacitor esférico imerso em meio eletrolítico para estas interfaces, o qual se mostrou bastante versátil na análise e previsão de resultados experimentais. Em suma, estabeleceu-se no presente trabalho a visão de que interfaces dipolares são geradoras de assimetria iônica na circunvizinhança da interface, assimetria esta de polaridade invertida àquela do dipolo radialmente disposto à interface. A generalidade deste modelo pode ser extrapolado para outras interfaces e colaborar na compreensão de diversos processos que dependem da acumulação e troca iônica. / The effect of ionic domains of formally neutral zwitterionic interfaces, represented by micelles and vesicles obtained with dipolar headgroups amphiphiles, on the binding and exchange of ionic species were investigated. The systems studied included: aqueous micelles of 1-(N-hexadecyl-N,N-dimethylammonio) Propane Sulfonate (HPS), Hexadecyl Phosphoryl Choline (C16PN), and 1-hexadecylglycerophostidyl Choline (lisoPC) and vesicles of Phosphatidylcholine (PC). Binding and ion-exchange processes were assessed from the effect of these agreggates on prototropic reactions of probes such as 8-hydroxy-1,3,6-pyrenetrisulfonate pyranine). Binding of pyranine increased in the following order lisoPC < C16PN < HPS. The effectiveness of anion dependent salt displacement of the probe from the aggregates was opposite to that of affinities, i.e. lisoPC &gt; C16PN &gt; HPS. Laser pH jump studies with 1 and 2 naphtols incorporated in these aggregates revealed a proton concentration profile inverse to that of the charged dipole, that is, accumulation in the region vicinal to the negatively charged group and exclusion from the positive end of the dipole. This finding were substantiated by HPS micelle excluded volume data, obtained from light scattering studies as function of added salt. A model of a spherical capacitor immersed in an electrolyte media for these interfaces was proposed. This model accounts for satisfactorily the observed characteristics of these interfaces. The model establishes that dipolar interfaces generate ionic asymmetries in the neighborhood of the interface that opposes the radially extended monomer dipole. The generality of the model can be very helpful in the analysis and understanding of several processes occurring in/at zwitterionic interfaces.

Neste trabalho, estudamos a fotoassociação de átomos de rubídio no regime de curto alcance. Realizamos espectroscopia por perda de átomos em uma armadilha magneto-óptica de 85Rb usando um laser de fibra de alta potência, o qual possuia largura de linha da ordem de 1MHz e 50W de potência no intervalo de 1060nm a 1070nm. Dois níveis vibracionais do potencial excitado 0u+ foram observados (v=137 e v=138). Além disso, medimos o tempo de vida de uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Como esperado, o tempo de vida é menor quando o laser está sintonizado na ressonância. Um modelo teórico prevê a distribuição dessas moléculas nos níveis vibracionais do estado eletrônico fundamental após o processo de fotoassociação. Os resultados, nos sugerem perspectivas para a produção de moléculas de Rb2 no estado vibracional fundamental. / In this work, we studied short-range photoassociation of rubidium atoms. We realize trap-loss spectroscopy in a magneto-optical trap of 85Rb using high power fiber laser, which had around 1MHz linewidth and 50W power at 1060nm to 1070nm interval. Two vibrational levels of the 0u+ excited potential were observed (v=137 e v=138). Besides that, we measured the lifetime of a crossed optical dipole trapped. As expected, the lifetime is shorter when the laser is tuned on resonance. A theoretical model predicts the molecular distribution in the vibrational levels of electronic ground state. The results suggest us perspectives to produce Rb2 molecules in the ground vibrational state.

Neste trabalho, descrevemos a construção de uma armadilha óptica de dipolo, tipo Quest, para átomos de Rydberg utilizando um laser de CO2 de alta potência. A amostra aprisionada apresenta aproximadamente 3 &times; 106 átomos de 85Rb numa densidade 4 &times; 1011 átomos/cm3, em temperaturas da ordem 30 &micro;K. O tempo de vida da armadilha é da ordem de 200 ms. Neste sistema, observamos a fotoionização dos estados de Rydberg devido ao laser de CO2 em 10, 6 &micro;m, contudo fomos incapazes de quantificá-lo. Além disso, medimos o tempo de vida do estado 37D do Rb na armadilha de dipolo, o resultado foi compatível ao encontrado na literatura. Em suma, o sistema esta operante para experimentos mais complexos. / In this work, we describe the implementation of a QUEST dipole trap for Rydberg atoms using a CO2 high power laser. The trapped atomic sample has approximately 3 &times; 106 85Rb atoms, at a density of 4 &times; 1011 atoms/cm3 and a temperature of about 30 &micro;K. The trap lifetime is about 200 ms. We observed photoionization of the Rydberg states due to the CO2 laser at 10, 6 &micro;K, however we were unable to quantify it. Furthermore, we measured the 37D state lifetime of the Rb in the dipole trap, the experimental result was in agreement with the literature. In summary, the system is fully operating for more complex experiments.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1&Sigma;+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1&Sigma;+ (v = 0).