Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / No presente trabalho foram realizadas medidas de espalhamento Raman polarizado em cristais de L-metionina e de DL-alanina (dois aminoÃcidos) e em diversas amostras de nanotubos de carbono de parede simples (SWNT). As medidas de espalhamento Raman em cristais de L-metionina foram realizadas no intervalo espectral entre 50 cm-1 e 3100 cm-1 desde a temperatura ambiente atà a temperatura de 17 K. No intervalo de temperatura estudado a estrutura da L-metionina manteve-se estÃvel. à temperatura ambiente tambÃm foram realizadas medidas Raman em altas pressÃes hidrostÃticas. A mÃxima pressÃo atingida foi de 4,7 GPa e diversas modificaÃÃes nos modos associados Ãs unidades CO2, NH3, CC, CS, CH, CH2 e CH3 sugerem que a L-metionina sofre um transiÃÃo estrutural de fase em torno de 2,1 GPa com histerese de aproximadamente 0,8 GPa. No cristal de DL-alanina foram realizadas medidas de espalhamento Raman no intervalo de temperatura de 15 K a 295 K. Embora nenhuma mudanÃa significativa tenha sido observada neste intervalo de temperatura, os resultados sÃo importantes para se entender o comportamento de uma molÃcula fundamental na constituiÃÃo das proteÃnas. Medidas de espalhamento Raman em SWNTâs foram realizadas em amostras preparadas pela tÃcnica de arco voltÃico, utilizando-se vÃrios catalisadores metÃlicos. As amostras foram divididas em duas sÃries: A primeira com os catalisadores à base de MnNiCo e a segunda à base de FeNiCo. Em ambas as sÃries observou-se que a inserÃÃo de CÃrio (Ce) foi responsÃvel por tornar a distribuiÃÃo de diÃmetros do subconjunto ressonante com a energia 2,41 eV mais estreita. AlÃm disso, o mÃximo da distribuiÃÃo à deslocado para o azul, provavelmente em conseqÃÃncia da seleÃÃo de tubos de menor diÃmetro dentro do subconjunto estudado. A inserÃÃo de ZircÃnio (Zr) à segunda sÃrie nÃo trouxe mudanÃas significativas. Foram realizadas medidas de espalhamento Raman em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica em uma amostra comercial de SWNT. Como fluido transmissor foram utilizadas soluÃÃes de dois surfactantes: o dodecil sulfato de sÃdio (SDS) e o Ãcido plurÃnico F127 (F127). Devido à baixa relaÃÃo sinal-ruÃdo, nÃo foi possÃvel estudar o comportamento dos modos de respiraÃÃo radial (RBM), mas pela descontinuidade do grÃfico da freqÃÃncia em funÃÃo da pressÃo dos modos tangenciais em aproximadamente 2 GPa à provÃvel que os nanotubos sofram uma transiÃÃo de fase estrutural nessa pressÃo, com deformaÃÃo da seÃÃo circular dos tubos como predito por estudos teÃricos. Dois conjuntos de amostras contendo diferentes nÃveis de inserÃÃo de lÃtio tambÃm foram estudados por espectroscopia Raman. Cada conjunto era formado por uma amostra sem lÃtio, uma com lÃtio e a terceira com inserÃÃo parcial de lÃtio (obtida pela lavagem da amostra que contÃm lÃtio). Nos dois conjuntos a inserÃÃo foi eficiente, contudo o mecanismo de inserÃÃo à diferente de uma sÃrie para outra. Na primeira sÃrie o catalisador utilizado para a inserÃÃo de lÃtio foi LiNi0,5Co0,5O2. Com este composto o lÃtio à intercalado intersticialmente e pode ser removido quase que completamente pela lavagem da amostra. Jà na segunda sÃrie o composto utilizado foi LiCO3/NiO/CoO o que fez com que o lÃtio fosse intercalado dentro dos tubos de modo a nÃo ser removido pela lavagem da amostra. / This work describes polarized Raman scattering measurements in L-methionine and in DL-alanine (two amino acids) crystals and in several samples of single-walled carbon nanotubes (SWNT). In L-methionine crystal the Raman spectra were obtained from 17 K to 295 K in the spectral range from 50 cm-1 to 3100 cm-1, but no indication of a phase transition was observed. At room temperature, Raman scattering measurements were also performed for pressure up to 5 GPa. Several changes observed in the spectra were interpreted as due to structural phase transition undergone by L-methionine crystal at ~ 2.1 GPa. The results for decompression show that the phase transition is reversible with a hysteresis of ~ 0.8 GPa. In DL-alanine crystal the Raman spectra were obtained at temperatures from 15 K to 295 K over the spectral range 50 cm-1 - 3100 cm-1. No evidence of structural phase transition was found in this range of temperature, although information about diverse modes of the crystal were furnished. Samples of SWNTâs studied were prepared with metallic catalysts using the arc voltaic method. MnNiCo was the main compound of the first series and FeNiCo, the main compound of the second. In both sets it was observed that Cerium (Ce) insertion induces in the sub-set, probed with the 2.41 eV excitation energy, a narrowing of the diameter distribution favoring the tubes with smaller diameter. The Raman scattering measurements in a commercial sample of SWNTâs show a discontinuity at about 2 GPa. The discontinuity was represented by a changing in the slope of the frequency versus pressure for tangential modes. The measurement was performed twice, using two different solutions of surfactants, sodium dodecil sulfate (SDS) and plurocic acid F127 (F127), and the results were similar. The anomaly was interpreted as due to the deformation of the tubes as predicted theoretically. Two sets of three samples of SWNTâs containing different levels of lithium insertion were also analyzed by Raman spectroscopy. Each set of sample was formed by a sample with lithium, a sample without lithium and a sample with partial insertion of lithium. The results show that the lithium is efficiently intercalated with both lithium containing compound (LiCO3/NiO/CoO and LiNi0.5Co0.5O2), but the mechanism of intercalation differs from one to the other. The intercalation is unstable when lithium is intercalated interstitially (LiNi0.5Co0.5O2) and it can be removed almost completely by washing the sample, but if the lithium is intercalated inside the tubes (LiCO3/NiO/CoO) it can not be removed by the same process.

Este trabalho relata um estudo numÃrico das caracterÃsticas Ãpticas de um interferÃmetro Mach-Zehnder disposto em uma configuraÃÃo com quatro estÃgios e um ressonador Ãptico em anel. O interferÃmetro Mach-Zehnder foi construÃdo numa versÃo com fibra comum e outra com fibra de dispersÃo decrescente considerando um perfil de dispersÃo linear. O ressonador Ãptico em anel foi constuÃdo com um guia de onda cujo o Ãndice de refraÃÃo nÃo linear foi moldado com um perfil linear crescente. A transmissÃo e o fator de compressÃo dos pulsos de saÃda sÃo analisados nos regimes de soliton e quasi-soliton para ambos os dispositivos. Os resultados mostraram que a transmissÃo do interferÃmetro Mach-Zehnder à fortemente dependente da potÃncia de entrada em ambos os regimes. O nÃvel de crosstalk tambÃm à dependente da potÃncia de entrada e da dispersÃo da fibra. Para potÃncias de entrada altas, o nÃvel de crosstalk à mais baixo para o dispositivo com fibra de dispersÃo decrescente no regime de soliton. Para esta configuraÃÃo, o nÃvel de crosstalk mÃnimo encontrado (-22 dB) foi para a potÃncia normalizada de entrada P = 2,7. No regime de quasi-soliton, em geral, o nÃvel de crosstalk mÃnimo à mais baixo para o interferÃmetro Mach-Zehnder com fibra de dispersÃo decrescente em potÃncias de entrada altas, mas com a possibilidade de se obter um nÃvel de crosstalk menor para o dispositivo utilizando fibra comum. A razÃo de extinÃÃo à tambÃm muito dependente da potÃncia de entrada e sofre degeneraÃÃo quando a potÃncia de entrada aumenta. Para potÃncias de entrada baixas, o interferÃmetro Mach-Zehnder apresenta uma razÃo de extinÃÃo melhor em potÃncias de entrada mais altas no regime de soliton. No regime de quasi-soliton, a melhor razÃo de extinÃÃo à obtida para o interferÃmetro Mach-Zehnder com fibra comum em potÃncias de entrada altas. Pode-se dizer que a operaÃÃo do dispositivo como uma chave Ãptica nÃo melhora com o uso de fibra de dispersÃo decrescente. Entretanto, para operaÃÃo de multiplex/demultiplex, o interferÃmetro Mach-Zehnder construÃdo com fibra de dispersÃo decrescente mostrou melhoramentos no nÃvel de crosstalk no regime de soliton e, dependendo da potÃncia de entrada, tambÃm no regime de quasi-soliton. No estudo do ressonador Ãptico em anel foi encontrado que a perda do guia de onda que forma a cavidade anelar diminui a transmissÃo em ambos os regimes, mas mantÃm o mesmo comportamento nÃo linear. O uso de um Ãndice de refraÃÃo nÃo linear com um perfil linear crescente leva à compressÃo ou alargamento temporal, dependendo da potÃncia de entrada, no regime de soliton. No regime de quasi-soliton nÃo foi observado deformaÃÃo temporal dos pulsos de saÃda. Isto indica que, em mÃdia, os pulsos de saÃda estÃo com a mesma duraÃÃo temporal que os pulsos de entrada. Os resultados tambÃm mostraram que hà um aumento da transmissÃo quando um Ãndice de refraÃÃo nÃo linear com um perfil linear crescente à usado. Assim, o decrÃscimo na transmissÃo associado à perda do guia de onda pode ser evitado. As caracterÃsticas de transmissÃo e a forma dos pulsos Ãpticos de saÃda do interferÃmetro Mach-Zehnder e do ressonador Ãptico em anel serÃo de interesse em circuitos Ãpticos e sistemas de comunicaÃÃes totalmente Ãpticos no futuro.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-22T13:29:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoSolvatocromismoLiquidos.pdf: 4631744 bytes, checksum: f1fa53ca77aa77da37e394552f10a4cb (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-10T16:03:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoSolvatocromismoLiquidos.pdf: 4631744 bytes, checksum: f1fa53ca77aa77da37e394552f10a4cb (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-10T16:03:37Z (GMT). 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No tratamento clássico, Monte Carlo, aplicou-se o algoritmo Metropólis através do programa DICE. A separação de configurações estatisticamente relevantes para os cálculos das propriedades médias foi implementada com a utilização da função de auto-correlação calculada para cada sistema. A função de distribuição radial dos líquidos moleculares foi utilizada para a separação da primeira camada de solvatação, a qual, estabelece a principal interação entre soluto-solvente. As configurações relevantes da primeira camada de solvatação de cada sistema foram submetidas a cálculos quânticos a nível semi-empírico com o método ZINDO/S-CI. Os espectros de absorção foram obtidos para os solutos em fase gasosa e para os sistemas de líquidos moleculares comentados. Os momentos de dipolo elétrico dos mesmos também foram obtidos. Todas as bandas dos espectros de absorção dos sistemas tiveram um desvio para o azul, exceto a segunda banda do sistema de Beta-Caroteno em Ácido Oléico que apresentou um desvio para o vermelho. Os resultados encontrados apresentam-se em excelente concordância com os valores experimentais encontrados na literatura. Todos os sistemas tiveram aumento no momento de dipolo elétrico devido às moléculas dos solventes serem moléculas polares. Os sistemas de ácidos graxos em álcoois apresentaram resultados muito semelhantes, ou seja, os ácidos graxos mencionados possuem comportamentos espectroscópicos semelhantes submetidos aos mesmos solventes. As simulações através do método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica estudadas demonstraram que a metodologia é eficaz para a obtenção das propriedades espectroscópicas dos líquidos moleculares analisados. / The Sequential Monte Carlo / Quantum Mechanical method was applied to study the solvatochromic shifts and the dipole moments for organic molecules: Uracil in water, - carotene in oleic acid, ricinoleic acid in methanol and in ethanol and oleic acid in methanol and in ethanol. The optimizations and charges distributions had found by Density Functional Theory through the B3LYP functional and sets basis functions 6-31G(d) to all molecules except water and Uracil, whose was applied the sets basis functions 6-311++G(d,p). In the classical approach, Monte Carlo, was applied the algorithm Metropólis through the DICE program. The sampling of statistically relevant configurations to averaged calculations of the properties was used with auto-correlation function performed to each system. The Radial Distribution Function of the molecular liquids was applied to separate the first shell solvation for each system, which gives the main interaction between solute-solvent. The statistically relevant configurations of the first shell of solvation of the each system were subject a quantum mechanical calculations at the semi-empiric level with the method ZINDO/S-CI. The absorptions spectrum had found to solutes in gas phase and to the systems of molecular liquids spoken. The electric dipole moments of these were also found. All the bands of spectrum absorptions had a blue shift, except the second band of the -carotene in oleic acid that was a red shift. The results found have a very good agreement with the values found in the literature. All the system had increase in the electric dipole moments because the solvents molecules are polar molecules. The system of fatty acids in alcohols had results very similar, in other words, the fatty acids mentioned had characteristics spectroscopic similar submitted to same solvents. The simulations whose with Sequential Monte Carlo / Quantum Mechanical method were studied show the methodology is effective to find the spectroscopic proprieties of molecular liquids analyzed.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-06T16:54:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-22T13:58:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T13:58:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) Previous issue date: 2016-01-28 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho são analisadas as propriedades de espalhamento de ondas eletromagnéticas no grafeno na faixa de frequências de THz, bem como dispositivos plasmônicos baseados em estruturas planares deste material na mesma faixa de frequências. O trabalho está apresentado na forma de agregação de quatro artigos científicos. O primeiro artigo faz uma análise numérica da propagação de ondas plasmônicas em elementos de grafeno submetidos à incidência de ondas em THz. A influência de fatores como geometria, potencial químico ângulo de incidência e polarização são analisados. O resultado deste artigo foi base para a proposta de dois dispositivos (artigos 2 e 3) baseados em superfícies seletivas de frequência (FSS) que operam na faixa de THz e compostos unicamente por elementos de grafeno e substrato dielétrico, sem a necessidade de inserção de outros metais. O primeiro dispositivo consiste em um filtro eletromagnético construído por um arranjo de anéis espessos de grafeno postos em ambos os lados de um substrato dielétrico. O segundo apresenta a proposta inédita de um dispositivo multifuncional baseado em grafeno que pode operar tanto como um filtro eletromagnético, dinamicamente ajustável, quanto como uma chave eletromagnética. Ambos os dispositivos operam baseados no efeito de Fano ressonância. O quarto artigo apresenta um método de análise de FSS baseada em teoria de grupos e que utiliza as componentes transversais e longitudinais da corrente induzida na estrutura. Este método permite prever maior informação acerca das propriedades do dispositivo, quando comparado a aproximações existentes que se baseiam somente as componentes longitudinais da corrente. Como aplicação deste método, é sugerido e analisado um arranjo periódico de elementos de grafeno. / In this work we analyse the properties of scattering of electromagnetic waves in graphene surfaces and the planar plasmonic based devices made of the same material, both in THz frequency region. The work is presented in form of four scientific papers. In the first one a numerical analysis of the plasmonic waves propagation in graphene elements is performed. The influence of geometrical configuration, chemical potential variation, angle of incidence and polarizations is analysed. That results give us the information to project two devices (the second and third) based on frequency selective surfaces (FSS) on THz range and that are composed only by graphene elements and dielectric substrates without the insertions of different metals. The first device consists in a THz electromagnetic filter made by an planar array of graphene ring-shaped elements placed in both sides of a dielectric substrate. The second device presents new multifunctional graphene device that can operate either as an electromagnetic, dynamically controlled, filter or as an eletromagnectic switch. Both devices operates based on Fano resonance effect. The fourth paper presents a new method of analysis of periodic planar structure, based on group theory approach. This method takes account the transversal and longitudinal components of induced current in the structure. By using this, one can obtain more information about the device properties than by using exitenting methods, which uses only longitudinal components of the induced currents. As application, we suggest an analyse a periodic array of graphene elements.

In this thesis, we investigate the nonlinear optical properties of four different physical systems: tellurite glasses, castor oil, ionic liquids and colloids of gold nanoparticles. Using Zscan and I-scan techniques, it was possible to determine the values of the electronic (n2 e) and thermal (n2 t) contributions of nonlinear refractive index of these systems as well as evaluating their respective thermo-optical coefficients (dn/dT). We use the I-scan technique to characterize five tellurite glass samples with different compositions. In this experiment we employ a Ti:sapphire laser operating in the modelocked regime, tuned at , delivering pulses, with a repetition rate that was controlled by a pulse selector. These glasses presented an ultra-fast self-focusing nonlinearity. The figure of merit 810 nm 200 fs 1kHz max 0 W= Δn λα was evaluated, and the condition was obtained for four of the five studied samples, displaying the potentiality of these glasses for ultra-fast all-optical switching applications, for example. Castor oil is a natural organic compound with a wide range of applications in industry. In the nanotechnology field, this oil has been exploited as very efficient dispersant and stabilizer agent for metallic gold nanoparticles in colloidal systems. However, a lack of data in literature concerning nonlinear optical properties of this material exists. In this work, we use the Z-scan technique to measure the nonlinear optical response of castor oil for laser excitation at 514 and 810 nm. In the visible region, the measurements had been carried out in the CW regime, using an Argon laser. In the infrared region, a Ti:sapphire laser, operating in the modelocked regime, producing pulses of 200 fs, with low (1 kHz) and high (76 MHz) repetition rate was employed instead. The castor oil presented a self-defocusing nonlinear refraction for both the laser wavelengths. The influence of the electronic and thermal contributions for nonlinearity was evaluated and the results indicate that the thermal effects are the main responsible for the observed nonlinear refraction. The thermo-optical coefficient ( ) of this compound was also measured for both wavelengths. We observe that castor oil thermo-optical coefficient is approximately an order of magnitude larger for the excitation tuned at 514 nm than at 810 nm. The nonlinear optical properties of two kinds of ionic liquids, BMI.BF4 and BMI.PF6, had been investigated. These materials are organic salts that present a low melting temperature and negligible vapor pressure. Although they have interesting physical-chemistry properties, and have been used in several applications, their nonlinear optical properties had been little investigated. In this work, we use the Z-scan technique at W > 0.27 dn / dT 514 nm and . Both ionic liquids displayed high self-defocusing nonlinearity, of thermal origin. We observed that the change of anion by anion modify the optical properties of these compounds. The ionic liquids had also presented a dispersion behavior in their thermo-optical coefficients in the spectral range studied. Although thermo-optical nonlinearities are a problem for the development of ultra-fast photonic devices, they can present a nonlocal character as a consequence of the process of heat conduction. Nonlinear effects in nonlocal media have been investigated in diverse branches of the physics, in particular in phenomena such as light pulses nonlinear propagation, as well as in generation and interaction of spatial solitons. Thus, these results suggest that castor oil and ionic liquids are promising candidates for investigation of nonlinear effects in nonlocal media. In the characterization of the colloidal systems of gold nanoparticles dispersed in castor oil, we evaluate the nonlinear refractive index, nonlinear absorption coefficient, as well as the thermo-optical coefficient in function of the filling factor f. Using Z-scan technique, for the laser excitation tuned at , we observe that the colloids presented an ultra-fast selfdefocusing refractive nonlinear response. Using the generalized Maxwell-Garnett model for composite materials it was possible to explain the behavior of the nonlinear refractive index of the colloid as a function of the filling factor, as well as estimate the value of the real part of the gold nanoparticles third-order nonlinear susceptibility. We also observe that the presence of gold nanoparticles dispersed in castor oil increased the absolute value of the linear absorption coefficient, the nonlinear refraction index of thermal origin and the thermo-optical coefficient. Our results indicate that the presence of gold nanoparticles modifies significantly local and nonlocal nonlinearities of a colloidal system. Moreover, the amount of nanoparticles is an extremely important factor for the development of new nanostructured materials aiming ultra-fast optical and nonlocal applications. 810 nm − 4 BF − 6 PF 800 nm / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Nesta tese, investigamos as propriedades ópticas não lineares de quatro sistemas físicos distintos: vidros teluretos, óleo de mamona, líquidos iônicos e colóides de nanopartículas de ouro. Utilizando as técnicas de varredura Z (Z-scan) e varredura de intensidade (I-scan) foi possível determinar os valores das contribuições de origem eletrônica (n2e) e térmica (n2t) do índice de refração não linear dos sistemas estudados, bem como avaliar os seus respectivos coeficientes termo-ópticos (dn/dT). Usamos a técnica de varredura de intensidade para caracterizar cinco amostras de vidros teluretos com diferentes composições. Neste experimento utilizamos um laser de Titânio de Safira operando no regime modelocked, sintonizado em , emitindo pulsos de de duração, com a taxa de repetição ajustada em através de um seletor de pulsos. Os vidros apresentaram uma não linearidade auto-focalizadora ultra-rápida. A figura de mérito 810 nm 200 fs 1 kHz max 0 W= Δn λα foi avaliada, ea condição foi obtida para quatro das cinco amostras estudadas, demonstrando a potencialidade destes vidros para aplicações em chaveamento totalmente óptico ultra-rápido, por exemplo. O óleo de mamona é um composto orgânico natural com uma ampla gama de aplicações na indústria. No campo da nanotecnologia, este óleo tem sido explorado como um agente dispersante e estabilizante muito eficiente para sistemas coloidais de nanopartículas metálicas de ouro. Entretanto, existe uma carência de dados na literatura acerca das propriedades ópticas não lineares deste material. Neste trabalho, utilizamos a técnica de varredura Z para medir a resposta óptica não linear do óleo de mamona para excitações em 514 nm e 810 nm. Na região visível, as medidas foram realizadas no regime CW, utilizando um laser argônio. No infravermelho, um laser de Titânio de Safira, operando no regime modelocked, produzindo pulsos de , com baixa ( ) e alta ( ) taxa de repetição foi utilizado. O óleo de mamona apresentou uma refração não linear autodesfocalizadora, em ambos os comprimentos de onda. A influência das contribuições eletrônica e térmica para a não linearidade medida foi avaliada e os resultados obtidos indicam que os efeitos térmicos são os principais responsáveis pela refração não linear observada. O coeficiente termo-óptico (W > 0,27 200 fs 1kHz 76 MHz dn dT ) deste composto também foi medido para os dois comprimentos de onda. Observamos que o dn dT do óleo de mamona é aproximadamente uma ordem de magnitude maior para a excitação sintonizada em 514 nm que em 810 nm. As propriedades ópticas não lineares de dois tipos de líquidos iônicos, BMI.BF4 e BMI.PF6, também foram investigadas. Estes materiais são sais orgânicos que se caracterizam por apresentar uma baixa temperatura de fusão e pressão de vapor desprezível. Apesar de possuir propriedades físico-químicas interessantes, e serem usados em diversas aplicações, suas propriedades ópticas não lineares foram pouco investigadas. Neste trabalho, usamos a técnica de varredura Z para excitação em 514 nm e 810 nm. Ambos os líquidos iônicos apresentaram uma grande não linearidade auto-desfocalizadora, de origem térmica. Observamos que a mudança do ânion pelo ânion modifica as propriedades ópticas destes compostos. Os líquidos iônicos também apresentaram uma dispersão nos seus coeficientes termo-ópticos no intervalo espectral estudado. Apesar de ser um problema para o desenvolvimento de dispositivos fotônicos ultra-rápidos, não linearidades termo-ópticas podem apresentar um caráter de não localidade como uma conseqüência do processo de condução de calor. Efeitos não lineares em meios não locais vêm sendo abordados em diversos ramos da física, em particular em fenômenos de propagação não linear de pulsos de luz, e na geração e interação de sólitons espaciais. Os resultados obtidos sugerem que tanto o óleo de mamona, quanto os líquidos iônicos são candidatos promissores para investigação de efeitos não lineares não locais. Na caracterização dos sistemas coloidais de nanopartículas de ouro dispersas em óleo de mamona avaliamos o índice de refração não linear, coeficiente de absorção não linear, bem como o coeficiente termo-óptico em função do fator de preenchimento f. Fazendo uso da técnica de varredura Z, para o laser de excitação sintonizado em , observamos que os colóides apresentaram uma resposta refrativa não linear autodesfocalizadora ultra-rápida. Utilizando o modelo de Maxwell-Garnett generalizado para materiais compostos foi possível explicar o comportamento do índice de refração não linear do colóide em função do fator de preenchimento, bem como estimar o valor da parte real da susceptibilidade não linear de terceira ordem das nanopartículas de ouro. Observamos também que a presença de nanopartículas de ouro dispersas no óleo de mamona aumentou o valor absoluto do coeficiente de absorção linear, do índice refração não linear de origem térmica e do coeficiente termo-óptico. Nossos resultados indicam que a presença de nanopartículas de ouro altera significativamente as respostas não lineares locais e não locais de um sistema coloidal. Desta forma, a quantidade de nanopartículas é um fator extremamente importante para o desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados visando aplicações ópticas tanto ultra-rápidas, quanto não locais.

Abstract An optical lattice is a periodic array produced by the superposition of two or more counter-propagating laser beams which interfere and create a spatial periodic intensity pattern. An important difference between a solid state crystalline lattice and an optically induced lattice is that the latter have a longer coherence time which permits the observation of coherent phenomenon such as Bloch oscillations. Recently, an interesting effect has been reported in the literature, which is the analogue of Rabi oscillations in two level systems driven by an external optical field: an optical beam composed by pair of frequencies, resonants with the high symmetry points of the Brillouin zone, propagating through an optical lattice exhibits oscillations of the Fourier ways between the frequencies due to the coupling with the lattice. Therefore, in the optical case the field plays the role of the matter, while the lattice plays the role of the driving field which couples the frequencies. Based in this result, the objective of this paper is to investigate the influence of self-defocusing in the optical Rabi oscillation. We have shown, through numerical calculation of the wave nonlinear equation, that in the self-defocusing optical lattice, these oscillations go disappearingare. The result of the disappearance of the oscillations of Fourier can be understood considering that self-defocusing promotes an addition of phases in the ways that were resonant - kB and kB, in different way, form that the basic difference between kB and - kB will not be plus a vector of the reciprocal net, and as consequence the oscillations of optic Rabi disappear, therefore the coupling with the net requires this condition in the resonant frequencies. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Resumo Uma rede opticamente induzida é um arranjo periódico produzido pela superposição de dois ou mais feixes de laser que ao interferirem criam um padrão de intensidade periódico espacial. Uma importante diferença entre uma rede cristalina no estado sólido e uma rede produzida opticamente é que a última apresenta um tempo de coerência longo, permitindo a observação de fenômenos coerentes tal como as oscilações de Bloch. Recentemente, um efeito interessante análogo às oscilações de Rabi em um sistema atômico de dois níveis impulsionado por um campo externo, foi publicado na literatura: um feixe óptico composto de um par de freqüências, ressonantes com os pontos de alta simetria da zona de Brillouin, propagando - se através de uma rede óptica exibe oscilações dos modos de Fourier entre as freqüências adequadas para o acoplamento com a rede. Portanto, no caso óptico o campo representa a matéria, enquanto a rede representa a intensidade do campo aplicado que acopla as freqüências. Baseado neste resultado, o objetivo desta dissertação é investigar a influência da auto - desfocalização nas oscilações ópticas de Rabi. Demonstraremos, através de cálculos numéricos da equação de onda não linear, que em uma rede opticamente induzida na presença da auto - desfocalização, essas oscilações vão desaparecendo. O resultado do desaparecimento das oscilações de Fourier pode ser compreendidoconsiderando que a auto - desfocalização promove um adicionamento de fases nos modos que eram ressonantes -kB e kB, de maneira diferente, de forma que a diferença básica entre kB e -kB não será mais um vetor da rede recíproca, e como conseqüência as oscilações de Rabi óptica desaparecem, pois o acoplamento com a rede requer esta condição nas freqüências ressonantes.

Liquid crystals exhibit a great variety of phases which differ one from another by their structure and physical properties. Near a phase transition, these mesoscopic phases are very sensitive to the surface interactions showing interfacial phenomena which are extraordinarily variable and interesting. The interaction between boundary surfaces and liquid crystal molecules results in surface layers with properties strongly different from the interior ones. For example, it is observed experimentally the unusual phenomenon of layer thinning upon heating. Above the bulk Smetic A - Isotropic transition temperature, the film is thinned to a low number of layers as the temperature increases. The temperature of these layer thinning transitions are related to the film thickness by means of a simple power-law. The characteristic exponent, &#956;, measured from experiments using distinct compounds, varies slightly in the range 0.6 < &#956; < 0.8. In this work, we investigate how surface effects modify the order parameter profiles in the vicinity of the Smectic-A-Isotropic (Sm A - I) transition in freestanding liquid crystal films using an extended mean-field approach which allows to incorporate explicitly the anchoring of the surface layers in the effective potential. We observed the contribution of the surface anchoring to the film stability. We found that there is a characteristic surface anchoring above which the bulk layers are less ordered than the surface ones. We also determine the characteristic exponent which governs the transition temperature dependence with the film thickness. We show that the different values of the exponents are related with the ratio between the size of the central rigid portion of the molecules and the typical layer spacing, as well as to the range of film thicknesses investigated. Our results qualitatively reproduce the main experimental findings concerning the layer thinning transitions in free-standing smectic films. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cristais líquidos exibem uma grande variedade de fases que diferem umas das outras por suas propriedades físicas e estruturais. Próximo a uma transição de fase, estes compostos são bastante sensíveis às interações superficiais apresentando fenômenos interfaciais que são extraodinariamente variados e interessantes. A interação entre as surperfícies limitantes e as moléculas de cristal líquido produz camadas superficiais com propriedades muito diferentes das camadas interiores do filme. Por exemplo, observa-se experimentalmente o fenômeno não-usual da redução de camadas ocasionado pelo aquecimento do filme. Acima da temperatura de transição esmética-A - Isotrópica da porção interior do filme, a amostra é reduzida para um número menor de camadas com o aumento da temperatura. A temperatura dessas transições por redução de camadas se relaciona com a espessura do filme por meio de uma lei de potência simples. O expoente característico, &#956;, medido experimentalmente usando compostos distintos, varia ligeiramente no intervalo 0.6 < &#956; < 0.8. Neste trabalho, investigamos como os efeitos de superfície modificam os perfis dos parâmetros de ordem na vizinhan¸ca da transição Esmética-A-Isotrópica (EsmA- I) em filmes de cristal líquido livremente suspensos, usando uma aproximação de campo médio estendida que permite incorporar explicitamente o ancoramento das camadas superficiais no potencial efetivo. Observamos a contribuição do ancoramento das superfícies para a estabilidade do filme. Encontramos que há um ancoramento superficial característico acima do qual as camadas da porção central do filme são menos ordenadas que as camadas da superfície. Também determinamos o expoente característico que governa a dependência da temperatura de transição com a espessura do filme. Mostramos que os diferentes valores dos expoentes estão relacionados com a razão entre o comprimento da porção central (rígida) das moléculas e o espaçamento típico entre as camadas, bem como com a espessura dos filmes estudados. Nossos resultados reproduzem qualitativamente os principais dados experimentais relacionados com as transições por redução de camadas em filmes esméticos livremente suspensos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / SOUSA, Vinícius da Silva Ramos de. O efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos RAl2 (R = Dy, Er, Ho, Nd e Tb). 2008. 99f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. O efeito magnetocalórico é a base da refrigeração magnética. O potencial magnetocalórico é caracterizado por duas quantidades termodinâmicas: a variação isotérmica da entropia (&#916;Siso) e a variação adiabática da temperatura (&#916;Tad), as quais são calculadas sob uma variação na intensidade do campo magnético aplicado ao sistema. Em sistemas magnéticos que apresentam uma anisotropia magnética é observada uma mudança no efeito magnetocalórico, isto porque este potencial torna-se fortemente dependente da direção de aplicação do campo magnético. A anisotropia em sistemas magnéticos pode levar a um efeito magnetocalórico inverso, assim como à definição de um efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual por definição é calculado para um campo cuja intensidade é mantida constante e cuja orientação variamos de uma direção difícil de magnetização para a direção fácil de magnetização. O efeito magnetocalórico anisotrópico foi estudado para os compostos intermetálicos de terras raras do tipo RAl2 considerando-se um modelo microscópico que leva em conta as interações de troca (na aproximação de campo médio), de Zeeman e a interação de campo elétrico cristalino, que é a responsável pela anisotropia nos compostos RAl2. O efeito magnetocalórico anisotrópico foi investigado para a série RAl2 e comparado com o efeito magnetocalórico usual. / 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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Um estudo da interação entre desordem e polarização de spin no GaMnAs ajuda a compreender a natureza dos estados, estendidos ou localizados, bem como as consequências para as transições observadas sobre as propriedades de transporte e às mudanças na ordem magnética de momentos magnéticos localizados em sítios de Mn. Este estudo pressupõe a ocorrência de uma banda impureza com baixas concentrações de Mn, que merge na banda valência no caso de concentrações mais elevadas. A abordagem teórica, baseada em um formalismo de espalhamento múltiplo auto-consistente, através do cálculo da função de Green para buracos determina-se a função densidade espectral no nível de Fermi. A escolha de uma figura de mérito, com base na largura e sobre a posição do máximo da função densidade espectral no espaço recíproco, leva a um diagrama de fase que determina o caráter metálicos ou não metálicos da amostra. Também é possível identificar a mobility edge, e como consequência, a densidade efetiva de portadores livre. Uma amostra é definida pelo par de parâmetros independentes, a concentração de Mn e a densidade buraco. As melhores amostras, aquelas com os maiores valores de mérito, tem uma relação entre a densidade de buracos estendidos e a concentração de Mn aproximadamente de 0.3, muito próximo do raio de 10-25% observada entre as amostras reais produzidos com a mais alta temperatura de transição. Além disso, a relação entre essas concentrações de Mn correspondente as transições metal-não-metal e não-metal-metal que é de aproximadamente 2.4, muito próximo do valor 2.1 da amostras reais. Uma interpretação da ocorrência de ferromagnetismo com alta temperatura de transição em GaMnAs é dada como uma consequência da interação entre o mecanismo de interação assistido por estados localizados e interações indiretas assistida pelo estdos buraco estendidos. Portadores mediando magnetismo em semicondutores mostram diferenças importantes e potencialmente úteis a diferenças de magnetismo em metais tais como o luz- ou voltagem elétrica -controlando ferromagnetismo. Motivado por experiências reportadas em poços quânticos de GaAs com uma dopagem delta de Mn com altas temperaturas Currier (temperatura de transição) mais elevadas do que em bulk de (Ga, Mn)As, nós exploramos teoricamente a viabilidade do campo elétrico controlar ferromagnetismo em poços quânticos. Nós calculamos auto-consistentemente a interação de troca indireta em Mn-Mn íons e aplicamos a simulação Monte Carlo para encontrar transição temperatura Tc. A nossa abordagem permite-nos estudar sistematicamente os efeitos de confinamento quântico e da posição da camada magnética de Mn e Tc, que vai além da aproximação do campo médio. Nós comparamos nossos resultados com os resultados experimentais e sugerimos caminho para o melhor controle do ferromagnetismo. / A study of the interplay between disorder and spin polarization in the diluted magnetic semiconductor GaMnAs helps to understand the character of states, extended or localized. This study assumes the occurrence of an impurity band which merges into the valence band at higher concentrations. The theoretical approach, based on a self-consistent multiple scattering formalism, determines the spectral density function at the Fermi level from the calculation of the hole's Green's functions. A choice of a figure of merit, based on the width and on the position of the maximum of the spectral density function in the reciprocal space, leads to a phase diagram determining the metallic or non-metallic character of the sample. It is also possible to identify mobility edges and, in consequence, the density of effectively free carriers. A model sample is defined by the pair of independent parameters, Mn concentration and hole density. The best samples, those with the highest figures of merit, have a ratio between the extended hole density and the Mn concentration near 0.3, very close to ratio of 10-30% observed among the real samples produced with the highest transition temperatures. Also, the ratio between those Mn concentrations corresponding to the metal-to-non-metal and non-metal-to-metal transitions is approximately 2.4, very close to the value 2.1 inferred from the real samples. An interpretation of the occurrence of high transition temperature ferromagnetism in GaM-nAs is given as a consequence of the interplay between interaction mechanism assisted by localized states and indirect interactions assisted by extended hole states. Carrier mediated magnetism in semiconductors show important and potentially useful differences from magnetism in metals,such as light- or bias-controlled ferromagnetism. Motivated by experiments reporting higher Currier temperatures in GaAs quantum wells with Mn-delta doping than the ones observed in bulk (Ga,Mn)As, we explore theoretically the feasibility of bias-controlled ferromagnetism these systems. We calculate self-consistently indirect Mn-Mn exchange interaction, and apply Monte Carlo approach to find transition temperature Tc. Our approach allows us to systematically study the eects of quantum confinement and the position of Mn layer on magnetic ordering and Tc, beyond mean field approximation. We compare our findings with the experimental results and suggest paths toward improving the control of ferromagnetism.

Este trabalho apresenta um estudo empregando duas técnicas óticas para monitorar o crescimento de culturas de cepas de Escherichia coli em dois meios de cultura líquidos: Espectroscopia de absorção UV-Vis (turbidimetria) e espectroscopia Raman. Na primeira técnica, a turbidez permite avaliar as diferentes fases naturais de crescimento de uma cultura bacteriana (lag, exponencial, estacionária e decaimento) por meio da densidade ótica, medida com um espectrômetro UV-VIS. Na segunda, o espalhamento Raman (medido com um espectrômetro dispersivo), a partir de amostras de água contaminada, fornece não apenas informações sobre as fases de crescimento, mas também abre a possibilidade de identificação bacteriana através da sua impressão digital característica. Mediu-se a dinâmica de duas cepas de E. coli – (nomeadas como H2/11 e H3C2/12) em um caldo líquido nutriente e quatro cepas de E. coli (nomeadas como H2/11, H3C2/12, 109 e 110) em caldo líquido EC, mantidas a 37,0°C ao longo de 24 horas. Alíquotas das amostras foram removidas da cultura em intervalos de tempo regulares para medições espectrais. A análise da turbidez permitiu medir o tempo de geração (isto é, o tempo de duplicação de uma população), que foi maior para cepas crescidas em caldo EC. Os espectros Raman forneceram informações sobre a evolução temporal das bandas a 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associadas com impressões digitais de componentes biológicos específicos. Os dados espectrais foram analisados por Análise de Componentes Principais (PCA). Os resultados obtidos em ambas as técnicas permitiram identificar as fases lag, exponencial e estacionária das cepas estudadas. / This work is a study using two optical techniques to monitor the growth of cultures of Escherichia coli strains in two liquid culture medium: Raman spectroscopy and UV-Vis absorption spectroscopy (turbidimetry). In one hand, turbidity allows evaluating the different phases of growth of a bacterial culture (lag, exponential, stationary and decay) by optical density, measured with an UV-VIS spectrometer. On the other hand, Raman scattering (measured with a dispersive spectrometer) from contaminated water samples not only provides information about the grow phases, but also opens a possible identification of bacterial by its characteristic fingerprint. Two strains of E. coli (named as H2 / 11 and H3C2 / 12) were measured in liquid nutrient broth and four E. coli strains (named H2 / 11, H3C2 / 12, 109 and 110) in EC liquid broth, kept at 37.0 ° C over 24 hours. Aliquots of the samples were removed from the culture at regular time intervals for spectral measurements. The turbidity analysis allowed to measure the generation time, which was higher for strains grown in EC broth. Raman spectra provided information about the time evolution of the bands at 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associated with fingerprints of biological components. Data were analyzed by Principal Component Analysis (PCA). These results of both techniques allowed identifying the phases lag, exponential and stationary of the studied strains.