Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5978.pdf: 11727715 bytes, checksum: 7ecd56710aed6f64b6e687a355a259bf (MD5) Previous issue date: 2014-07-24 / Financiadora de Estudos e Projetos / The growing demand for increasingly resistant and biocompatible with the human body implantable materials, has led to an increase in demand for new metallic biomaterials. Some materials, such as titanium and its alloys, especially the Ti-6Al-4V, are widely used in the manufacture of orthopedic implants due to their excellent biocompatibility, high corrosion resistance and low density. However, the characteristics of these materials are not considered optimal, mainly because they have a high value of the elastic modulus when compared to the human bone. Include, that in the last decade studies have revealed diseases associated with elements such as Al and V, present in the alloy Ti-6Al-4V. Thus, it have looked for alternatives to the alloys used as biomaterials, still having one common element titanium, but having no toxic elements such as 𝛽 type titanium alloys, formed by non-toxic elements such as Nb, Ta, Zr, Mo and Sn has shown that lower values of modulus, greater fatigue resistance and corrosion resistance, exhibiting excellent biocompatibility. Accordingly, the alloys formed by Ti-Ta become promising candidates as biomaterials, since it has been observed that the content of Ta affects the value of the elastic modulus. For some compositions of this alloy, lower modulus values of this alloys that are currently used in biomedical applications were observed. However, the alloys formed by Ti-Ta still have properties that have been little studied. Thereby, the objectives of this master s project consist in getting the alloy Ti-40Ta and its characterization by means of the technique of mechanical spectroscopy, as of its elements that compose the alloy. The technique of mechanical spectroscopy to be non-destructive, it is widely used for providing the anelastic spectrum (oscillation frequency and internal friction as a function of temperature) is considered sensitive to phase transitions and dynamic processes, which are essential for understanding the structural changes occurring in these materials. This study was determined the dynamic elastic modulus for the pure Ti and Ta elements, and the Ti-40Ta through flexural vibrations. The elastic modulus found for the alloy at room temperature was (71 ± 5) GPa, which is in accordance with results available in the literature. The value of modulus of the alloy is lower when compared to the commercial biomedical alloys and is closer to that of human bone, which makes the alloy Ti-40Ta a potential candidate to be used in biomedical applications. / A crescente demanda por materiais implantáveis cada vez mais resistentes e biocompatíveis com o organismo humano, tem levado a um aumento na procura por novos biomateriais metálicos. Alguns materiais, como o titânio e suas ligas, com destaque para a liga Ti-6Al-4V, são largamente utilizados na fabricação de implantes ortopédicos devido as suas excelentes características como biocompatibilidade, alta resistência à corrosão e baixa densidade. Entretanto, as características desses materiais ainda não são consideradas ideais, principalmente porque apresentam um alto valor do módulo de elasticidade quando comparado com o osso humano. Cabe mencionar, que na última década estudos revelaram doenças associadas a elementos como o Al e V, presentes na liga Ti-6Al-4V. Desta forma, busca-se alternativas às ligas empregadas como biomateriais, ainda contendo como elemento principal o titânio, mas que não possuam elementos tóxicos. Estudos recentes mostram que as ligas de titânio tipo 𝛽, formadas por elementos não tóxicos como Nb, Ta, Zr, Mo e Sn, tem apresentado valores mais baixos módulo de elasticidade, maior resistência à fadiga e maior resistência à corrosão, além de exibir uma excelente biocompatibilidade. Neste sentido, as ligas formadas por Ti-Ta tornaram-se candidatas promissoras como biomateriais, uma vez que, foi observado que o teor de Ta afeta o valor do módulo de elasticidade. Para algumas composições, desta liga, foram observados valores de módulo inferiores as ligas de Ti que atualmente são empregadas em aplicações biomédicas. No entanto, as ligas formadas por Ti-Ta ainda possuem propriedades pouco estudadas. Deste modo, os objetivos deste projeto de mestrado consistem na obtenção da liga Ti-40Ta e na sua caracterização por meio da técnica de espectroscopia mecânica, bem como a de cada elemento que compõem a liga. A técnica de espectroscopia mecânica, por ser não destrutiva, é amplamente usada por fornecer o espectro anelástico (frequência de oscilação e atrito interno em função da temperatura), sendo considerada sensível a transições de fase e a processos dinâmicos, que são essenciais para compreender as alterações estruturais que ocorrem nestes materiais. Neste estudo, determinou-se o módulo de elasticidade dinâmico para os elementos puros, Ti e Ta, e para a liga Ti-40Ta por meio das vibrações flexurais. O módulo de elasticidade encontrado para a liga, em temperatura ambiente, foi de (71 ± 5) GPa, estando em concordância com os resultados disponíveis na literatura. O valor de módulo da liga é menor quando comparado ao das ligas biomédicas comerciais e está mais próximo a do osso humano, o que a torna a liga Ti-40Ta uma potencial candidata a ser empregada em aplicações biomédicas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6611.pdf: 4783832 bytes, checksum: 1dc280ff47cc4df343ea92399b40fdd5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-09 / Financiadora de Estudos e Projetos / The search for new lead-free piezoelectric materials has been a major goal of many scientists in recent years. The main cause is the replacement of widely used lead zirconate titanate (PZT) based ceramics due to the highly toxic characteristics of the lead element. Potassium sodium niobate based ceramics have shown high piezoelectric coefficients and a morphotropic phase boundary close to the composition (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN), similar to that found in lead zirconate titanate. However, the preparation of highly dense KNN based ceramics is extremely difficult. In this work, the structural, mechanical and electrical properties of lead free ferroelectric ceramics with compositions Li0,03(K0,5Na0,5)0,97Nb0,8Ta0,2O3 + xwt% CuO (x = 0; 2 and 3.5) were studied. All the compositions, sintered at 1050ºC for 2 hours had high density, approximately 95% of the theoretical value. Rietveld refinement of the X ray diffraction patterns showed a mixture of both orthorhombic Bmm2 and tetragonal P4mm phases, for all compositions. Nevertheless, compositions with high CuO contents have mainly the tetragonal phase. Dielectric and dynamic mechanical analysis (DMA) measurements showed two polymorphic phase transitions with increasing temperature. Both phase transitions have diffuse character and they can be related with the transformation of the orthorhombic phase fraction in the tetragonal one, and with the transformation of the tetragonal ferroelectric phase to a cubic paraelectric one. The origin of the difference observed between the temperatures where both techniques, dielectric and mechanical, see the diffuse phase transition is discussed. The ceramic with 2wt% of CuO is electrically softer than the other compositions and it has the highest value of the piezoelectric coefficient d31. Also, in this work we studied the possibility of using high contents of CuO to promote the formation of liquid phase for obtaining and extracting single crystal seeds, which can be used for the texture of KNN-based ceramics. The ceramic Li0,03(Na0,5K0,5)0,97Ta0,2Nb0,8O3 + x wt% CuO with x=16, sintered at 1090ºC for 2 hours, is a perfect candidate for extracting grains which may be used as seeds. Furthermore, ceramics with x=13, sintered at 1110ºC for 2 hours, showed a partial melting of the material, which caused the growth of highly oriented grains. This material can be practically considered as a single crystal and, with a proper cut procedure, the desired single crystal seeds can be obtained. This method to obtain single crystal seeds, as proposed in this work, is very simple and novelty. / Nos últimos anos, o foco principal de muitos cientistas tem sido a procura de novos materiais piezoelétricos livres de chumbo. A causa principal é a substituição dos materiais baseados em titanato zirconato de chumbo (PZT), os quais são amplamente utilizados em aplicações piezoelétricas, devido à alta toxicidade do elemento chumbo. Cerâmicas baseadas em niobato de sódio e potássio têm mostrado altos coeficientes piezoelétricos e um contorno de fases morfotrópico próximo da composição (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN), similar ao encontrado no titanato zirconato de chumbo. Porém, a preparação de cerâmicas baseadas em KNN com alta densidade é extremamente dificultosa. Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais, mecânicas e elétricas de cerâmicas ferroelétricas livres de chumbo com composições Li0,03(K0,5Na0,5)0,97Nb0,8Ta0,2O3 + x %P CuO (x = 0; 2 e 3,5). Todas as cerâmicas sinterizadas a 1050ºC durante 2 horas apresentaram altas densidades, sendo aproximadamente 95% da densidade teórica. O refinamento pelo método de Rietveld dos perfis de difração de raios X mostrou que todas as composições apresentam uma mistura de ambas as fases, ortorrômbica Bmm2 e tetragonal P4mm. Porém, composições com altos teores de CuO apresentam a fase tetragonal como sendo majoritária. As medidas dielétricas e as de análise mecânico dinâmico (DMA) mostraram duas transições de fase polimórficas com o aumento da temperatura. Ambas transições de fase têm caráter difuso e estão relacionadas com a transformação da fração de fase ortorrômbica em tetragonal e com a transformação da fase tetragonal ferroelétrica para cúbica paraelétrica. Foi discutida a origem da diferença observada, nas temperaturas em que ambas as técnicas, dielétrica e mecânica, enxergam a transição de fase difusa. A cerâmica com 2%P de CuO mostrou-se mais mole eletricamente e apresentou um valor maior de coeficiente piezoelétrico d31 do que as outras composições estudadas. Também, neste trabalho foi estudada a possibilidade de usar altos teores de CuO para promover a formação de fase líquida e conseguir a formação e extração de sementes monocristalinas que possam ser utilizadas na textura de cerâmicas baseadas em KNN. A cerâmica de Li0,03(Na0,5K0,5)0,97Ta0,2Nb0,8O3 + x % P CuO com x=16, sinterizada a 1090ºC durante 2 horas, mostrou-se a candidata perfeita para a extração de grãos que possam ser utilizados como sementes. Por outro lado, a cerâmica com x=13, sinterizada a 1110ºC durante 2 horas, apresentou fusão parcial de material, o que promoveu o crescimento dos grãos altamente orientados de forma que esse material já pode ser considerado como sendo praticamente um monocristal e com um procedimento de corte adequado, podem ser obtidas as sementes monocristalinas desejadas. Esse procedimento de obtenção de sementes monocristalinas, proposto neste trabalho, é totalmente simples e inovador.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:19:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6248.pdf: 27691207 bytes, checksum: cc929611cc4e506743fb3b9ce1730858 (MD5) Previous issue date: 2014-08-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / Motivated by the great growth presented in the last decade in research on lead-free piezoelectric ceramics and the fact that some ceramic systems, as those based on bismuth, have been identified as promising candidates to substitute the lead zirconate titanate (PZT) in their present technological applications, was proposed as the objective of this work, study the effect of adding 𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BT) on the structural, electrical and anelastic properties exhibit by the system (1−𝑥)𝐵𝑖0.5𝑁𝑎0.5𝑇𝑖𝑂3−𝑥𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BNT-BT). The structural characterization was performed by the techniques of X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The morphological and compositional aspects (qualitative), in the calcined powders, and the sintered samples were studied by scanning electron microscopy (SEM). The ferroelectric and dielectric character of the compositions were obtained through characterization of ferroelectric hysteresis exhibit and using the technique of electrical impedance spectroscopy, respectively. Phase transitions and the possible mechanisms of anelastic relaxation were studied by the technique of mechanical spectroscopy. Samples were obtained by the method of solid state reaction, where it was possible to obtain compositions with 0.00 ≤ 𝑥 ≤ 0.08 with relative density greater than 95% and without the presence of spurious or secondary phases. On profiles of X-ray diffraction for the different studied sintered compositions was applied the method of Rietvelt refinement which allow the determination and confirmation of the crystal structures in the samples under study, and the presence of a morphotropic phase boundary (MPB) for the BNT-BT. The XRD results were corroborated by the results of Raman spectroscopy. The ferroelectric nature of the different compositions of BNT-BT system studied was confirmed. Electrical phase transitions (F-Af and Af-P) and structural transitions (R-T and T-C) exhibited by the BNT-BT were characterized by mechanical spectroscopy (using a dynamical mechanical analyzer (DMA)), and by electrical impedance spectroscopy, employing the results in complementing the electrical and structural phase diagram of this system. In addition to the phase transitions obtained, the technique of mechanical spectroscopy for compositions between 0.00 ≤ 𝑥 ≤ 0.03, allowed the observation of a complex process of anelastic relaxation that was associated with interactions and mobility of different defects present, which possibly contribute significantly to an increase of conductivity in these materials, which had not been previously reported in the literature. / Motivados pelo grande crescimento apresentado na última década nas pesquisas em cerâmicas piezoelétricas livres de chumbo e o fato de alguns sistemas cerâmicos, como os baseados em bismuto, já terem sido identificados como promissores candidatos à substituição do titanato zirconato de chumbo (PZT) em suas atuais aplicações tecnológicas, foi proposto como objetivo deste trabalho, estudar a influência da adição de 𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BT) sobre as propriedades estruturais, elétricas e anelásticas exibidas pelo sistema (1 − 𝑥)𝐵𝑖0,5𝑁𝑎0,5𝑇𝑖𝑂3 − 𝑥𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BNT-BT). A caracterização estrutural foi realizada por meio das técnicas de difração de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman. Os aspectos morfológico e composicional (qualitativo), tanto dos pós calcinados, quanto das amostras sinterizadas foram estudados mediante microscopia eletrônica de varredura (MEV). O caráter ferroelétrico e dielétrico das composições estudadas foram obtidos por meio da caracterização da histerese ferroelétrica exibida e da técnica de espectroscopia de impedância elétrica, respectivamente. As transições de fase e os possíveis mecanismos de relaxação anelástica foram estudados utilizando a técnica de espectroscopia mecânica. As amostras foram obtidas pelo método de reação de estado sólido, onde foi possível obter composições com 0, 00 ≤ 𝑥 ≤ 0, 08 com densidades relativas maiores que 95% e sem a presença de fases espúrias ou secundárias. Aos perfis de difração de raios-X para as diferentes composições sinterizadas estudadas foi aplicado o método de refinamento Rietvelt que permitiu a determinação e confirmação das estruturas cristalinas nas amostras em estudo, além da presença de contorno de fase morfotrópico (CFM) para o BNT-BT. Os resultados de DRX foram corroborados por meio dos resultados de espectroscopia Raman. O carácter ferroelétrico das diferentes composições do sistema BNT-BT estudadas foi confirmado. Tanto as transições de fase elétricas, ferroelétricaantiferroelétrica (F-Af) e antiferroelétrica-paraelétrica (Af-P), quanto as transições estruturais, romboédrica-tetragonal (R-T) e tetragonal-cubica (T-C), exibidas pelo BNT-BT foram caracterizadas por espectroscopia mecânica (por meio de um analisador dinâmico mecânico(DMA)) e por espectroscopia de impedância elétrica, empregando-se os resultados obtidos na complementação do diagrama de fase elétrico e estrutural deste sistema. Além das transições de fase obtidas, a técnica de espectroscopia mecânica, para composições entre 0, 00 ≤ 𝑥 ≤ 0, 03, propiciou a observação de um processo de relaxação anelástica complexo que foi associado a interações e mobilidade de diferentes defeitos presentes, que possivelmente contribuem significativamente para um aumento de condutividade nestes materiais, que não haviam sido reportado anteriormente na literatura.

Dispersões coloidais estão presentes em muitas aplicações industriais e biológicas, tais como indústria de alimentos, cosméticos, produtos farmacêuticos e nanoestruturas. Devido a efeitos entrópicos, macromoléculas, quando imersas em uma solução de partículas pequenas, tendem a se aglomerar. Para evitar este fenômeno, cargas são adicionadas à superfície do colóide. Conseqüentemente, para manter o sistema neutro, a solução contém uma série de pequenos contraíons que neutralizam a carga do colóide. A inclusão de cargas pode evitar a aglomeração dos colóides, mas incorpora ao problema uma série de novos efeitos de natureza eletrostática. Todos estes efeitos, bem como o comportamento termodinâmico do sistema, no entanto, podem ser compreendidos analisando-se a distribuição de contraíons ao redor do colóide. Uma teoria muito simples que fornece esta distribuição de contraíons é a teoria de Poisson Boltzmann, na qual os contraíons são partículas pontuais e as interações eletrostáticas entre os íons são obtidas via potencial médio criado por todos os íons sobre um determinado contraíon, desconsiderando, desta forma, as correlações. Nesta tese respondemos à pergunta: quando correlações eletrostáticas e de tamanho são relevantes? Propusemos que correlações eletrostáticas são relevantes quando as interações eletrostáticas entre íos superam os efeitos entrópicos, ou seja, quando o parâmetro de plasma está acima de um certo limiar, G2d > 2. Sugerimos, também, que o tamanho dos íons torna-se relevante quando a fração de volume dos contraíons na superfície do colóide está acima de um limiar, ou seja, fs > 0,2. As duas propostas são testadas comparando-se os resultados obtidos via teoria de Poisson Boltzmann com os resultados provenientes de simulações. Em seguida, empregamos a teoria de Debye-Hückel Buraco Cavidade para incorporar correlações eletrostáticas. Comparamos os resultados obtidos via esta teoria com os resultados de simulações. Mostramos que a incorporação dos efeitos de correlações eletrostáticas resultam em um maior número de contraíos próximos à superfície do macroíon do que o observado via teoria de Poisson Boltzmann. Depois, introduzimos duas teorias de funcionais de densidade ponderada que incluem efeitos de correlações de tamanho: funcional de densidade ponderada com um peso baseado na teoria Debye-Hückel Buraco Cavidade e uma funcional de densidade ponderada com um peso constante. Comparamos os resultados obtidos através destas duas teorias com simulações, e observamos que a segunda teoria apresenta uma melhor concordância com as simulações. De maneira geral, as correlações de tamanho deixam os íons mais afastados do colóide do que o predito via teoria de Poisson Boltzmann. Finalmente, propusemos uma combinação da teoria Debye-Hückel-Buraco-Cavidade e funcional de densidade ponderada com um peso constante para tratar de problemas onde tanto correlações eletrostáticas como de tamanho se façam presentes. Observamos que para G2d < 2 e fs < 0,2 a teoria mista fornece os mesmos resultados que a teoria de Poisson Boltzmann; para G2d > 2 e fs < 0,2 a teoria mista fornece os mesmos resultados que a teoria Debye-Hückel-Buraco-Cavidade, pois somente correlações eletrostáticas são relevantes; para G2d < 2 e fs > 0,2 a teoria mista oferece o mesmo resultado que a teoria funcional de densidade ponderada com um peso constante; para G2d ≈ 2 e fs ≈ 0,2 ocorre uma compensação entre efeitos e a teoria mista fornece o mesmo resultado que a teoria de Poisson Boltzmann. Para G2d > 2 and fs > 0,2 efeitos de tamanho dominam e a teoria mista oferece os mesmos resultados que a teoria da funcional de densidade ponderada com umpeso constante. / Colloidal dispersions are present in many industrial and biological applications going from food, cosmetics, pharmaceutical and nanostructures. Due to entropic effects the large macromolecules in a solvent made of small particles, agglomerate. In order to avoid this effect, charged groups are added to the colloidal surface. Consequently in order to keep the charge neutrality the solution is full of counterions. The addition of charges might stop agglomeration but adds a number of new phenomena that are deeply related to the distribution of the counterions around the macroion. One simple theory that describes this distribution is the Poisson Boltzmann approach in which the counterions are assumed to be point ions and where the electrostatic interactions between the counterions are taken into account as the average field on a singel ions, ignoring correlations. In this thesis we address the question; when does electrostatic correlations and the size of the counterions are relevant? We propose that electrostatic correlations are relevant when the electrostatic interactions between the ions are bigger than the entropic effects. This assumption can be expressed by the plasma parameter being above a certain threshold, G2d > 2. We also propose that the size of the counterions become relevant when the volume fraction of ions at the surface of the colloid is above a certain threshold fs > 0.2. This two propositions are tested comparing results obtained with the PB theory with simulations. We then propose a theory to take into account the electrostatic correlations, the Debye-Hückel-Hole-Cavity and test this approach with simulations. The electrostatic correlation leads to more ions close to the colloid than the Poisson Boltzmann predicts. Next, we present two different approaches to account for size effects, the Weight Density Approximation based in the Debye-Hückel-Hole-Cavity theory and the Weight Density Approximation based in a constant weight. Comparison with simulations show that the second approach gives a better agreement. The size correlations leads to less ions close to the colloid than the Poisson Boltzmann approach predicts. Finally we propose a combination of the Debye-Hückel-Hole-Cavity and the Weight Density Approximation based in a constant weight to be the theory able to take into account both electrostatic and size correlations. Our result shows that for G2d <2 and fs <0.2 electrostatic and size correlations are irrelevant so Poisson Boltzmann is a good approach; for G2d > 2 and fs < 0.2 electrostatic correlations dominates and Debye-Hückel-Hole-Cavity gives a good approach; G2d < 2 and fs > 0.2 the Weight Density Approximation based in a constant weight gives the correct behavior; for G2d ≈ 2 and fs ≈ 0.2 the electrostatic correlation effects cancel the size effects and Poisson Boltzmann gives a good approximation. For G2d > 2 and fs > 0.2 size effects dominate.

O carbeto de silício (SiC) apresenta várias propriedades extremamente interessantes para a fabricação de dispositivos eletrônicos submetidos a condições extremas como alta temperatura (300 a 600 °C), alta frequência e alta potência. Além disso, é o único semicondutor composto que, reagindo com o oxigênio, forma um óxido isolante estável, o SiO2. No entanto, as propriedades elétricas de estruturas de SiO2/SiC são degradadas pela alta concentração de estados eletricamente ativos na interface dielétrico/semicondutor. Tal característica representa uma barreira para a fabricação de dispositivos baseados nesse material. Nesta tese foram comparadas e analisadas as propriedades de estruturas SiO2/4H-SiC obtidas por diferentes processos de oxidação térmica. As estruturas resultantes foram caracterizadas por medidas de corrente-tensão, capacitância-tensão e condutância ac de alta frequência, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X, análise por reação nuclear e microscopia de força atômica. O uso dessas técnicas analíticas visou a correlacionar o comportamento elétrico das estruturas obtidas com suas propriedades físico-químicas como, por exemplo, composição e estrutura química do óxido formado. Os resultados evidenciam diferenças específicas entre os ambientes de oxidação e temperaturas aos quais as amostras foram submetidas, com uma forte distinção entre 4H-SiC tipo-n e tipo-p. Em geral, amostras do substrato tipo-n apresentaram menores quantidades de defeitos na interface SiO2/SiC em comparação com as do tipo-p. Foram identificados comportamentos relacionados a defeitos no óxido, próximos à interface, responsáveis pela captura de portadores majoritários provenientes do semicondutor. Ficou evidente que alguns ambientes e temperaturas de oxidação beneficiam a interface em detrimento da qualidade do filme de óxido e vice-versa. Uma atmosfera de oxidação alternativa, utilizando H2O2 como agente oxidante, foi proposta. Tal processo mostrou-se eficaz na redução da quantidade de estados eletricamente ativos na interface em estruturas tipo-n através da conversão de compostos carbonados em SiO2 no filme dielétrico formado. / Silicon carbide (SiC) presents many advantageous properties for electronic devices designed to work under extreme conditions such as high-temperature (300 ~ 600 °C), high-frequency, and high-power. In addition, the formation of an insulating oxide layer (SiO2) by thermal oxidation is an attractive property for the microelectronics industry. Nevertheless, large densities of interface states at the SiO2/SiC interface degrade electrical properties of the resulting structure. Such states are responsible for undesirable effects which hamper the development of SiC-based devices. In this thesis, the properties of SiO2/4H-SiC structures obtained by distinct oxidation processes where analyzed and compared. The resulting structures where characterized by currentvoltage, high-frequency capacitance-voltage and ac conductance, X-ray photoelectron spectroscopy, nuclear reaction analysis, and atomic force microscopy. Such techniques were employed in order to correlate electrical and physico-chemical properties of the formed structures like composition and chemical bonding of the oxide layer. Results evidence differences among samples prepared under several oxidation atmospheres and temperatures, with a strong distinction among n- and p-type 4H-SiC. Overall, p-type samples presented larger values of interface states densities in comparison with their ntype counterparts. Near-interface traps in the oxide layer, responsible for capture of majority carriers from the semiconductor substrate, were identified. We could evidence that some oxidation conditions improve the bulk properties of the oxide layer, at the same time that they degrade the SiO2/SiC interface quality, and vice versa. An alternative oxidation process using H2O2 as oxidizing agent was proposed. Such process has shown to reduce the amount of electrically active defects at the interface in n-type samples by converting carbonaceous compounds in SiO2 in the formed dielectric layer.

Apresentamos um modelo teórico para explicar as tran sições de valéncia do Sm nas ligas Smi _ x M xS, onde M é um metal de transição (por ex. Y ou La), como uma função da concentração x. O sistema é descrito por um modelo de duas bandas: uma banda de largura nula e de energia E0 (o nível 4f do Sm) e uma banda de condução, a qual é tratada na aproximação do potencial coerente (CPA). Os elétrons 4f interagem entre si via uma repulsão coulombiana finita U, que separa a banda f em duas sub-bandas de energias E0 e Eo+U. Consi dera-se que as bandas f e de condução se hibridizam, sendo V o parâmetro de hibridização. Com este mo delo é possível obter uma transição continua de um estado funda mental não-magnético a um estado não magnético ou magnético, con forme se varia a razão U/V. A variação de valência como uma função da pressão nos monocalcogenetos de Sm (x = O) é também calculada. O modelo usa do é uma extensão do descrito acima, ao qual nOs incluimos uma repulsão coulombiana G entre elétrons f e de condução, mantendo finito o valor de U. Para diferentes valores de G/V obtemos tran sições de primeira ou de segunda ordem de um estado semicondutor a um estado metálico. A resistividade elétrica em ambas as fases é também calculada como uma função da temperatura e os re sultados teoricos obtidos estão em boa concordância com os experimentais. / We present a theoretical model to explain the valence transitions of Sm in Sm1-xMxS alloys, where M is a transition metal (e.g. Y or La) as a function of the concentration x. The system is described by a two-band model: a zero width band of energy E0 (the 4f-level of Sm) and a conduction band, which is treated in the coherent potencial approximation (CPA). The 4felectrons interact between them via a finite intra-atomic coulomb repulsion U, which splits the f-band in two sub-bands at energies E0 and Eo+U. The f -and conduction bands hybridize, being V the hybridization parameter. Within this model it is possible to obtain a continuous valence transition from a non- -magnetic to a non-magnetic or a magnetic ground-state, varying the ratio U/V. The change of valence as a function of pressure in the Sm monochalcogenides (x =0) is also computed. The model used is an extension of the one described above, in which we include a Coulomb repulsion G between f - and conduction electrons, preserving the finite value of U. For different values of G/V we obtain first or second order transitions from a semiconducting to a metallic state. The electrical resistivity in both fases as a function of temperature is also computed and the theoretical results obtained are in good agreement with the experimental ones.

O presente trabalho compõe-se de três partes. Na primeira sintetizamos o desenvolvimento históricos e o estado atual do estudo das interações hiperfinas magnéticas, especialmente em ligas ferromagnéticas diluídas. Na segunda parte abordamos o método experimentas, discutindo as ideias fundamentais da correlação angular, sua aplicação e desempenho frente a outras técnicas. A isto segue-se uma descrição dos equipamentos. Na terceira parte descrevemos o procedimento experimental da medida das interações hiperfinas magnéticas no 207Pb em Fe como função da temperatura. Os campos hiperfinos magnéticos apresentam um comportamento fertemente anômalo em função da temperatura, cuja interpretação teórica não pode ser feita em termos dos modelos existentes. / The presente work is composed of three parts. In the first we make a synthesis of the historical evolution and the present state of the magnetic hyperfine interaction studies, especially in dilute ferromagnetic alloys. In the second part we analyse the experimental method, discussing the fundamental ideas of angular correlation and comparing it to other techniques. This is followed by a description of the equipament. The experimental methods are described of the equipment. The experimental methods are described in the third part. Finally the results of magnetic hyperfine field measurements on 207Pb in Fe are given as a function of temperature. The magnetic hyperfine fields show a strongly anomalous behavior as a function of temperature which can not be understood on the nasis of existing models.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-19T20:49:29Z No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:06:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:06:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T14:06:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) Previous issue date: 2015-04-28 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In this thesis, we have investigated optical and spin properties of semiconductor nanostructures. Photoluminescence and magneto-photoluminescence measurements were performed in high magnetic field (B ≤ 15T), in GaBiAs nanostructures and GaAs /AlGaAs semiconductor devices. Particularly, we have studied: (i) GaBiAs layers, (ii) GaBiAs/GaAs quantum wells (QW) (iii) standard GaAs / AlGaAs resonant tunneling diodes (RTDs) and (iv) GaAs / AlGaAs RTDs containing quantum rings of InAs in the QW. We have investigated the effect of carrier localization by defects on the optical and spin properties of GaBiAs layers and nanostructures. Our results evidence important effects of carrier location by defects which was associate by small values of magnetic shifts. This effect is probably due to the formation of clusters and by the Bi composition variation on this type of alloy. It was also observed that the thermal annealing treatment improves the optical quality of these systems and increases the polarization degree which was associated to the reduction of spin relaxation times. We have also investigated the optical properties, magneto-optical and of transport in double barrier semiconductor heterostructures. Particularly, we have investigated the optical and spin properties of two dimensional electron and hole gases and the quantum well (QW). It was observe optical emission in the QW associate to the criation of uncharged exciton and negative charge exciton. The two dimensional gases acts as a spin polarize carriers injection in the QW, increasing thus the spin polarization in this region. The experimental results indicated that this process is more efficient in low voltage region. For high voltages region other processes, such as formation of tríons and spin polarization loss during tunneling should result in a significant contribution to the spin and polarization. Furthermore, it was investigated the spin properties of double barrier diodes containing InAs quantum rings in the center of the QW. It was observe that the degree of circular polarization of the emission of the QRs strongly sensitive to the applied voltage shows oscillation and besides one possible polarization oscillations tendency with the increase of the magnetic field. / Nesta tese, investigamos as propriedades ópticas e de spin de nanoestruturas semicondutoras. Foram realizadas medidas de fotoluminescência e magnetofotoluminescência em altos campos magnéticos (B ≤ 15T), em nanoestruturas de GaBiAs e em dispositivos semicondutores GaAs /AlGaAs . Em particular estudamos: (i) filmes de GaBiAs , (ii) poços quânticos (QW) de GaBiAs/GaAs, (iii) e diodos de tunelamento ressonante (DTR) convencionais de GaAs/AlGaAs e (iv) DTR de GaAs/AlGaAs contendo anéis quânticos de InAs no centro do QW. Investigamos os efeitos da localização de portadores por defeitos nas propriedades ópticas e de spin de filmes e nanoestruturas de GaBiAs. Os resultados evidenciam efeitos importantes de localização de portadores por defeitos que foi associado a baixos valores do shift diamagnético. Este efeito é provavelmente devido à formação de clusters e a variação de composição de Bi nesses tipos de ligas. Observamos também que o tratamento térmico melhora a qualidade óptica destes sistemas e aumenta o grau de polarização que é associado a redução de tempo de relaxação de spin. Também investigamos propriedades ópticas, magneto-ópticas e transporte em heteroestruturas de dupla barreira. Particularmente, estudamos as propriedades ópticas e de spin dos gases bidimensionais de elétron e de buraco e o poço quântico (QW). Foram observadas emissões ópticas no QW associadas à formação de éxciton neutro e éxciton negativamente carregado. O gás bidimensional atua como um injetor de portadores spin polarizados no QW, aumentando assim o grau de polarização de spin nessa região. Os resultados experimentais obtidos indicaram que este processo é mais eficiente em regiões de baixas voltagens. Para regiões de altas voltagens outros processos, tais como formação de tríons e perda de polarização de spin durante o tunelamento devem resultar em uma contribuição importante na polarização e spin. Além disso, foram investigadas as propriedades de spin de diodos de dupla barreira contendo anéis quânticos de InAs no centro do QW. Foi observado que o grau de polarização circular da emissão dos QRs é bastante sensível a voltagem aplicada, apresentando oscilações e também uma possível tendência a oscilações da polarização com o aumento do campo magnético aplicado.

Espectroscopia Mössbauer foi usada para investigar as propriedades magnéticas dos compostos antiferromagnéticos CO1-xFexCO3 com x= 0,01, 0,05, 0,1 e 0,3 à temperatura de 4,2 °K, abaixo da temperatura de Néel. As interações quadripolares medidas à temperatira ambiente, acima da temperatira de Néel, e a 4,2 °K mostram pouca dependência com a concentração. / Mössbauer spectroscopy has been used to investigated the magnetic properties of the antiferromagnetics compounds CO1-xFexCO3 com x= 0,01, 0,05, 0,1 and 0,3 at the temperature of 4,2 °K, below the Néel temperature. The quadrupole interaction measured at room temperature, above the Néel temperature, and at 4,2 °K show little concentration dependence.

Este trabalho descreve o acoplamento entre um minicomputador genérico e uma experiência de defeito "RAMAN", com vistas ao conteole e aquisição dos dados da mesma. / This work describes an interface between a generic minicomputer and a Laser Raman spectrometer for control and data acquisition in experiments.