Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Os materiais semicondutores sÃo responsÃveis pelo grande desenvolvimento na indÃstria eletrÃnica e surgimento de novas tecnologias. O conceito de hetero-estrutura deu um grande impulso à fÃsica do estado sÃlido. à impossÃvel imaginar a moderna fÃsica do estado sÃlido sem hetero-estruturas semicondutoras. A fÃsica de semicondutores està atualmente concentrada no estudo dos chamados sistemas de dimensÃes reduzidas: poÃos, fios, pontos e anÃis quÃnticos, assunto de pesquisa de dois terÃos da comunidade de fÃsica de semicondutores. Neste trabalho, investigaremos o confinamento dos portadores e dos excitons em hetero-estruturas de baixas dimensÃo; poÃo, ponto e anel quÃntico. Iniciaremos com o estudo das propriedades excitÃnicas de poÃos quÃnticos Si/Si_{1-x}Ge_x, considerando duas possibilidades para o alinhamento de banda: tipo-I, onde os portadores de cargas, elÃtron e buraco, estÃo confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estÃo espacialmente localizados em materiais diferentes. Usaremos um Hamiltoniano que, na aproximaÃÃo da massa efetiva, leva em conta a existÃncia de interfaces nÃo abruptas entre os materiais que compÃe o sistema. Nos sistemas tipo-I, observamos que a energia do exciton sofre um aumento quando consideramos campos elÃtricos aplicados. Jà em sistemas tipo-II, o campo magnÃtico afeta bem mais o confinamento do elÃtron do que o do buraco. Investigamos alguns fenÃmenos nos anÃis quÃnticos, como: impurezas, efeitos geomÃtricos, rugosidade e anÃis duplos. Calculamos os nÃveis de energia do elÃtron em anÃis quÃnticos considerando um campo magnÃtico perpendicular, levando em conta um modelo realÃstico, que consiste em anÃis com barreiras e potenciais finitos, nÃo limitado a pequenas pertubaÃÃes. Quando consideramos a presenÃa de uma impureza no anel quÃntico, hà uma quebra de simetria no sistema e consequetemente as oscilaÃÃes Aharanov-Bohm (AB) sÃo anuladas. Entretanto, para duas impurezas, as oscilaÃÃes AB sÃo recuperadas se as distÃncias entre as impurezas e o plano forem iguais, no caso das impurezas positivas e para impurezas negativas as oscilaÃÃes sÃo recuperadas independente das posiÃÃes das impurezas. A existÃncia de interfaces rugosas à responsÃvel por um considerÃvel deslocamento nas energias dos portadores. AlÃm disso, a degenerescÃncia nos pontos de transiÃÃo do momento angular nas oscilaÃÃes AB à levantada quando consideramos superfÃcies rugosas, em casos especiais, as oscilaÃÃes AB nas energias do estado fundamental pode ser anuladas. Fizemos tambÃm um estudo teÃrico da energia dos portadores em pontos quÃnticos tipo-I e tipo-II, alÃm de um estudo em pontos quÃnticos duplos $InGaAs/GaAs$ analisando o efeito de afastamento entre os pontos e considerando dois tipos de acoplamento: lateral e vertical. A equaÃÃo de Schodinger em trÃs dimensÃes, na aproximaÃÃo da massa efetiva, à resolvida para elÃtrons e buracos a partir de um mÃtodo de evoluÃÃo temporal da funÃÃo de onda. Observamos que as curvas do Stark shift das energias de ligaÃÃo e total do exciton em pontos quÃnticos Si/Si_{0.85}Ge_{0.15} tipo-I sÃo assimÃtricas devido à existÃncia de um dipolo elÃtrico intrÃnseco nestes sistemas. No entanto, quando consideramos o efeito de um campo magnÃtico paralelo ao plano, o Stark shift torna-se mais simÃtrico. No caso dos pontos duplos, vimos que a energia de confinamento do elÃtron em pontos quÃnticos acoplados lateralmente, quando consideramos os raios dos pontos iguais, degeneram à medida que a distÃncia entre os pontos aumenta. Entretanto, quando os raios dos pontos sÃo diferentes, essas energias nÃo tÃm mudanÃas significativas. Para o caso do acoplamento vertical, o comportamento à semelhante ao dos pontos lado a lado: Para raios iguais em ambos os pontos quÃnticos, os pares de estados tornam-se degenerados à medida que a distÃncia entre os pontos aumenta, o que nÃo acontece quando consideramos o caso de pontos com raios diferentes.

Neste trabalho, as propriedades estruturais e dielÃtricas da fase triclÃnica () de BiNbO4 com adiÃÃo de Ãxidos (BNO:Y, Y=0,3,5,10% em peso de PbO, Bi2O3) foram investigadas em funÃÃo da frequÃncia e da temperatura para uso em ressoadores dielÃtricos e aplicaÃÃes em dispositivos de rÃdio frequÃncia e microondas. Nosso interesse foi obter dielÃtricos cerÃmicos com uma permissividade dielÃtrica alta combinada com baixas perdas dielÃtricas e estabilidade tÃrmica. Nas medidas realizadas em temperatura ambiente de 25ÂC obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica (εâr = 78,44) com o BNO5Pb (5% de PbO) em 100kHz e um baixo valor da tangente de perda (tan  = 2,19 x 10-4) com o BNO3Pb (3% de PbO) em 33,69MHz. Com variaÃÃo de temperatura e uma frequÃncia fixa de 100kHz, obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica com εâr =76,4 a 200ÂC com o BNO5Pb e um baixo valor de perda dielÃtrica a 80ÂC com o BNO3Bi (3% de Bi2O3), com valor de tg  = 5,4 x 10-3. A medida do coeficiente de temperatura da capacitÃncia (TCC) mostrou que a estabilidade tÃrmica capacitiva pode ser alcanÃada, em 1MHz com o aumento do nÃvel de adiÃÃo de Bi ou Pb atà obtermos o TCC=0 ppm/oC. Para o BNO obtivemos um TCC=-55,06 ppm/oC que dopado com 3% de Bi passou para TCC=+86,74 ppm/oC e dopado com 3% de Pb passou para TCC=+208,87 ppm/oC. As medidas na faixa de microondas de 4-6 GHz foram obtidas utilizando-se o mÃtodo Hakki-Coleman. Com o BNO sinterizado a 1025ÂC por 3h, obtivemos um produto do fator de qualidade pela frequÃncia de ressonÃncia (Qxf) igual a 1470,75 GHz e uma permissividade dielÃtrica ( ) igual a 31,38. Neste estudo obtivemos uma cerÃmica BNO Ãtil para o desenvolvimento de capacitores cerÃmicos, aplicaÃÃes em dispositivos de rÃdio frequÃncia, dispositivos de microondas e desenvolvimento de ressoadores dielÃtricos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / In this thesis we analyze the structural properties and diffusive dynamics for a classical system of two-dimensional (2D) charged particles, interacting through a repulsive Yukawa potential of the type exp(−r/ lambda)/r, and confined in a parabolic channel that limits the movement of particles in the y direction. Along the x direction, the particles are subject to a periodic potential. The ground-state configurations and the normal mode spectra are obtained in terms of the periodicity (L), the intensity of the periodic potential (V0) and density. An interesting set of tunable ground-state configurations are found, with first- or second-order structural transitions between them. A configuration with particles aligned, perpendicular to the x direction, in each minimum of the periodic potential is obtained for V0 larger than some critical value that has a power-law dependence on the density. The phonon spectrum of different configurations was also calculated. A localization of the modes into a small frequency interval is observed for sufficiently large strength of the periodic potential, and a tunable gap in the phonon spectrum is found as a function of V0. Langevin dynamic simulations are used to investigate the effect of the particle density, the amplitude of the periodic substrate, and the range of the interparticle interaction potential on the diffusive behavior of the particles. We found that in general the diffusion is suppressed with increasing amplitude of the periodic potential, but for specific values of the strength of the substrate potential a remarkably increase of the diffusion is found with increasing periodic potential amplitude. In addition, we found a strong dependence of the diffusion on the specific arrangement of the particles, e.g. singlechain versus multi-chain configuration. For certain particle configurations, a reentrant behavior of the diffusion is found as function of the substrate strength due to structural transitions in the ordering of the particles. / Nesta tese analisamos as propriedades estruturais, dinÃmicas e difusivas para um um sistema clÃssico bidimensional (2D) onde partÃculas carregadas interagem atravÃs de um potencial do tipo Yukawa repulsivo $exp(-r/lambda)/r$, e estÃo confinadas em um canal do tipo parabÃlico, o qual limita o movimento das partÃculas na direÃÃo $y$. Ao longo da direÃÃo $x$, as partÃculas estÃo sujeitas a um potencial periÃdico. As configuraÃÃes do estado fundamental e o espectro dos modos normais sÃo obtidos em funÃÃo: da periodicidade ($L$), da intensidade do potencial periÃdico ($V_0$) e da densidade. Um interessante conjunto de estados fundamentais sÃo encontrados, com transiÃÃes estruturais de primeira ou de segunda entre eles. Uma configuraÃÃo com partÃculas alinhadas, perpendicular à direÃÃo $x$, em cada mÃnimo do potencial periÃdico à obtida para valores de $V_0$ maiores do que um determinado valor crÃtico, observa-se uma dependÃncia de $V_0$ em relaÃÃo a densidade na forma de uma lei de potÃncia. O espectro de fÃnons para diferentes configuraÃÃes tambÃm foi calculado. A localizaÃÃo dos modos em um pequeno intervalo de freqÃÃncia à observada para uma intensidade do potencial periÃdico suficientemente grande do, e um intervalo(gap) ajustÃvel no espectro fÃnon à encontrado em funÃÃo de $V_0$. A difusÃo de partÃculas carregadas interagindo por meio de simulaÃÃes de Langevin foram utilizadas para investigar o efeito da da densidade de partÃculas, da amplitude do substrato periÃdico, e o intervalo do potencial de interaÃÃo entre as partÃculas sobre o comportamento difusivo das partÃculas. Descobrimos que, em geral, a difusÃo à suprimida com o crescimento da amplitude do potencial periÃdico, mas para valores especÃficos da intensidade do potencial do substrato um aumento notÃvel na difusÃo à encontrado com o aumento da amplitude do potencial periÃdico. AlÃm disso, encontramos uma forte dependÃncia da difusÃo em relaÃÃo ao arranjo das partÃculas (uma cadeia versus duas cadeias). Para determinados arranjos das partÃculas, um comportamento reentrante na difusÃo à encontrado em funÃÃo da intensidade do substrato devido as transiÃÃes estruturais na ordenaÃÃo das partÃculas.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Neste trabalho investigamos o diagrama de fases do ferroelÃtrico tipo tungstÃnio bronze PbxBa1-xNb2O6 (PBN). A principal tÃcnica experimental utilizada foi a espectroscopia Raman, com a qual realizamos medidas em funÃÃo da temperatura entre 10 e 750 K em amostras com as concentraÃÃes x= 0,56, 0,60 e 0,70. Contudo a complexidade intrÃnseca dos espectros Raman do PBN nos levou a realizar uma cuidadosa discussÃo do mÃtodo mais adequado para o tratamento dos dados. No intuito de verificar a eficiÃncia da metodologia proposta, aplicamos a mesma ao estudo de um ferroelÃtrico da famÃlia de Aurivillius, o Bi1,75Te0,25SrNb1,75Hf0,25O9. Nossos resultados nas amostras de PBN permitiram verificar que as mesmas nÃo apresentam transiÃÃes de fase estruturais a baixas temperaturas. Por outro lado, acima da temperatura ambiente observamos a transiÃÃo de fase ferro-paraelÃtrica em todas elas, Ãs temperaturas previstas pelo diagrama de fases. Baseados nesses resultados, o diagrama de fases do PBN foi rediscutido mostrando que a extensÃo do contorno de fases morfotrÃpico a baixas temperaturas nÃo està em bom acordo com as previsÃes da literatura. Como conseqÃÃncia, uma modificaÃÃo a este diagrama de fases foi proposta. / Neste trabalho investigamos o diagrama de fases do ferroelÃtrico tipo tungstÃnio bronze PbxBa1-xNb2O6 (PBN). A principal tÃcnica experimental utilizada foi a espectroscopia Raman, com a qual realizamos medidas em funÃÃo da temperatura entre 10 e 750 K em amostras com as concentraÃÃes x= 0,56, 0,60 e 0,70. Contudo a complexidade intrÃnseca dos espectros Raman do PBN nos levou a realizar uma cuidadosa discussÃo do mÃtodo mais adequado para o tratamento dos dados. No intuito de verificar a eficiÃncia da metodologia proposta, aplicamos a mesma ao estudo de um ferroelÃtrico da famÃlia de Aurivillius, o Bi1,75Te0,25SrNb1,75Hf0,25O9. Nossos resultados nas amostras de PBN permitiram verificar que as mesmas nÃo apresentam transiÃÃes de fase estruturais a baixas temperaturas. Por outro lado, acima da temperatura ambiente observamos a transiÃÃo de fase ferro-paraelÃtrica em todas elas, Ãs temperaturas previstas pelo diagrama de fases. Baseados nesses resultados, o diagrama de fases do PBN foi rediscutido mostrando que a extensÃo do contorno de fases morfotrÃpico a baixas temperaturas nÃo està em bom acordo com as previsÃes da literatura. Como conseqÃÃncia, uma modificaÃÃo a este diagrama de fases foi proposta. / Neste trabalho investigamos o diagrama de fases do ferroelÃtrico tipo tungstÃnio bronze PbxBa1-xNb2O6 (PBN). A principal tÃcnica experimental utilizada foi a espectroscopia Raman, com a qual realizamos medidas em funÃÃo da temperatura entre 10 e 750 K em amostras com as concentraÃÃes x= 0,56, 0,60 e 0,70. Contudo a complexidade intrÃnseca dos espectros Raman do PBN nos levou a realizar uma cuidadosa discussÃo do mÃtodo mais adequado para o tratamento dos dados. No intuito de verificar a eficiÃncia da metodologia proposta, aplicamos a mesma ao estudo de um ferroelÃtrico da famÃlia de Aurivillius, o Bi1,75Te0,25SrNb1,75Hf0,25O9. Nossos resultados nas amostras de PBN permitiram verificar que as mesmas nÃo apresentam transiÃÃes de fase estruturais a baixas temperaturas. Por outro lado, acima da temperatura ambiente observamos a transiÃÃo de fase ferro-paraelÃtrica em todas elas, Ãs temperaturas previstas pelo diagrama de fases. Baseados nesses resultados, o diagrama de fases do PBN foi rediscutido mostrando que a extensÃo do contorno de fases morfotrÃpico a baixas temperaturas nÃo està em bom acordo com as previsÃes da literatura. Como conseqÃÃncia, uma modificaÃÃo a este diagrama de fases foi proposta.

O entendimento sobre os processos de fraturas em materiais à de grande importÃncia para a fÃsica e indÃstrias da construÃÃo civil. AtravÃs dos processos de fraturas podemos compreender melhor as propriedades elÃsticas dos materiais, como seu mÃdulo de Young macroscÃpico, tensÃo de ruptura e mÃdulo de rigidez. Podemos definir os processos de fraturas como sendo aqueles que dividem um sistema em duas ou mais partes, destruindo a conexÃo global dos elementos que o constituem. Nesse contexto, no primeiro capÃtulo à feito uma descriÃÃo matemÃtica das equaÃÃes da mecÃnica do contÃnuo, no segundo capÃtulo aborda-se o modelo de elementos discretos (DEM) que à um mÃtodo numÃrico capaz de descrever o comportamento mecÃnico de materiais granulados. No terceiro capÃtulo, construÃmos o modelo computacional para estudar, as propriedades mecÃnicas de 3 tipos de amostras, cristalina, amorfa e multifÃsica. O modelo computacional utilizado se mostrou bastante interessante e apresentou resultados que podemos considerar como sendo satisfatÃrios. / O entendimento sobre os processos de fraturas em materiais à de grande importÃncia para a fÃsica e indÃstrias da construÃÃo civil. AtravÃs dos processos de fraturas podemos compreender melhor as propriedades elÃsticas dos materiais, como seu mÃdulo de Young macroscÃpico, tensÃo de ruptura e mÃdulo de rigidez. Podemos definir os processos de fraturas como sendo aqueles que dividem um sistema em duas ou mais partes, destruindo a conexÃo global dos elementos que o constituem. Nesse contexto, no primeiro capÃtulo à feito uma descriÃÃo matemÃtica das equaÃÃes da mecÃnica do contÃnuo, no segundo capÃtulo aborda-se o modelo de elementos discretos (DEM) que à um mÃtodo numÃrico capaz de descrever o comportamento mecÃnico de materiais granulados. No terceiro capÃtulo, construÃmos o modelo computacional para estudar, as propriedades mecÃnicas de 3 tipos de amostras, cristalina, amorfa e multifÃsica. O modelo computacional utilizado se mostrou bastante interessante e apresentou resultados que podemos considerar como sendo satisfatÃrios. / The understanding about the fractures processes in materials has a big importance for physics and civil construction industries. Through the fractures processes, we can better understand the materialsâ elastics properties as its macroscopic Young module, rupture tension and rigidity module. We can define the fractures processes as those which divide a system into two or more parts, destroying the global connection of the elements that constitute it. In this context, in the first chapter, we can find a mathematical description of continuum mechanics equations. The second chapter discusses the model of Discrete Element(DEM), which is a numerical method capable of describing the mechanical behavior of granular materials. In the third chapter, we built the computational model for studying the mechanicals properties of three types of samples, crystalline, amorphous and multiphase. The computational model showed itself quite interesting and presented results which we can consider satisfactory. / The understanding about the fractures processes in materials has a big importance for physics and civil construction industries. Through the fractures processes, we can better understand the materialsâ elastics properties as its macroscopic Young module, rupture tension and rigidity module. We can define the fractures processes as those which divide a system into two or more parts, destroying the global connection of the elements that constitute it. In this context, in the first chapter, we can find a mathematical description of continuum mechanics equations. The second chapter discusses the model of Discrete Element(DEM), which is a numerical method capable of describing the mechanical behavior of granular materials. In the third chapter, we built the computational model for studying the mechanicals properties of three types of samples, crystalline, amorphous and multiphase. The computational model showed itself quite interesting and presented results which we can consider satisfactory.

Nenhuma / O estudo das correlações entre as propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos e ultrafinos é hoje assunto de grande interesse tanto científico como tecnológico, sendo que, dada a disponibilidade de materiais e a importância das aplicações atuais e potenciais, filmes magnéticos compostos por metais e ligas de metais de transição 3d estão entre os materiais mais investigados. O Co é um metal de transição 3d, ferromagnético, e que, em volume, apresenta estrutura hexagonal compacta (hc). Entretanto, tanto esta fase como as fases cúbica de face centrada (cfc) e cúbica de corpo centrado (ccc) podem ser estabilizadas à temperatura ambiente na forma de filmes ultrafinos, ou ainda em forma de estruturas multicamadas, e as propriedades magnéticas dos mesmos apresentam uma complexa correlação com a estrutura cristalina. Existe um grande numero de trabalhos a respeito de Co crescido sobre superfícies de Cu (cfc, parâmetro de rede a = 3,615 Å) e outros monocristais, mas nada há na literatura sobre monocamadas de Co depositadas sobre Cu90Au10, uma liga cfc com parâmetro de rede (3,66 Å) expandido de 1,0% em relação ao Cu. Investigamos aqui o crescimento, em condições de epitaxia de feixe molecular (MBE), e a estrutura de filmes de Co depositados a temperatura ambiente, com espessuras entre uma e cinco monocamadas atômicas (ML) depositadas sobre a superfície (100) da liga Cu90Au10. A composição química e a pureza da superfície do monocristal e dos filmes foram determinadas por espectroscopia de elétrons excitados por raios X (XPS). A cristalinidade da superfície do substrato, bem como a forma de crescimento e a estrutura dos filmes foram determinados por difração de elétrons de baixa e alta energia, LEED e RHEED. A morfologia da superfície do cristal de Cu90Au10(100) e das primeiras monocamadas do filme de cobalto foram determinadas através de medidas de microscopia de varredura por tunelamento (STM). Medidas de magnetometria por efeito Kerr magneto- óptico foram utilizadas para se estabelecer, em caráter preliminar, uma correlação entre a estrutura e o magnetismo dos filmes de Co sobre Cu90Au10(100) Nossos resultados indicam o crescimento de Co com estrutura tetragonal de face centrada (tfc), e uma evolução, com o aumento da espessura de cobalto, de formação de ilhas para crescimento camada a camada. Além disso, nota-se para os filmes de Co uma rápida contração do parâmetro de rede no plano, atingindo aproximadamente 2,5% para ~ 4,0 ML, quando comparado ao substrato de Cu90Au10 (100). Medidas de magnetometria por Efeito Kerr Magneto-ótico indicam magnetização no plano do filme. Este trabalho eminentemente experimental representou um amplo aprendizado no uso e exploração das potencialidades de técnicas múltiplas (LEED, RHEED, XPS, AES, STM e MOKE) para a adequada caracterização e investigação das propriedades estruturais e magnéticas de superfícies e nanoestruturas heteroepitaxiais preparadas em UHV, em condições de epitaxia de feixe molecular (MBE), bem como o primeiro estudo do crescimento de monocamadas de Co depositadas sobre Cu90Au10(100). / The investigation of correlations between structural and magnetic properties of thin and ultrathin films is of great scientific and technological interest presently. Due to importance of their actual and potential applications, films of 3d metals and their alloys are among the most investigated materials. Co is a ferromagnetic 3d metal that in bulk has a hexagonal compact structure (hcp). For Co films or multilayers, the hcp as well as the face-centered (fcc) and bodycentered cubic (bcc) phases can be stabilized at room temperature, depending on the used substrate. It is known that the preparation method can affect decisively the structural and magnetic properties of Co monolayers. There is a big amount of work on Co films grown on different Cu surfaces (fcc; lattice parameter a = 3.615 Å) and other substrates but, to the best of our knowledgement, there is no studies on Co monolayers deposited on Cu90Au10(100), a fcc alloy with lattice parameter of about 3.66 Å. In this work we investigate the epitaxial grow and the structure of Co films with thickness up to 5 atomic monolayers (ML) deposited on Cu90Au10(100). The goal of the study was to investigate the modifications in the magnetic properties of the Co films provided by small distortions in the lattice, since Cu90Au10 presents cfc structure with a lattice parameter ~1% larger than the one of the pure Cu. The sample preparation and the majority of the experimental analysis has been done in ultra high vacuum under molecular beam epitaxy conditions. The studies were conducted in situ, in UHV, by using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), high and low energy electron diffraction (RHEED and LEED), and scanning tunneling microscopy (STM). Preliminary magnetic measurements on the correlation structure - magnetism were conducted by magneto-optical Kerr effect (MOKE). Our results indicate the growth of a tetragonal distorted face centered (fct) Co lattice and an initial formation of islands followed by a layer-by-layer grow starting from 2 ML Co. The lateral lattice parameter shows a fast contraction with increasing thickness when compared to the CuAu substrate, reaching ~ 2.5% at 4 ML Co. Surface magnetometry by Magneto-optical Kerr effect indicated in-plane magnetization of the Co films. This experimental work represented a broad and extensive learning process on preparation and characterization of heteroepitaxial nanostructures by multiple techniques (LEED, RHEED, XPS, AES, STM, and MOKE) under MBE conditions (UHV) and the first investigation of Co monolayers on Cu90Au10(100). SUMÁRIO

Materiais nanoestruturados têm atraído grande interesse nos últimos anos. Isso se deve, por um lado, aos recentes avanços na capacidade de investigar, manipular e organizar a matéria em escala nanométrica, que abriram um novo horizonte de possibilidades para a fabricação e o controle da estrutura da matéria ao nível atômico e molecular e, por outro, devido ao extenso potencial de aplicação em biosensores, dispositivos fotônicos, magnéticos e ótico-eletrônicos. Em especial, a demanda por materiais magnéticos com capacidade para gravação em alta densidade é uma área com grande interesse nas novas possibilidades oferecidas pela nanociência e nanotecnologia. Processos que possibilitem a criação de estruturas de nanopartículas nas quais seja possível a otimização das propriedades estruturais (tamanho, forma e distribuição) são de grande interesse científico e tecnológico. Dentre os métodos utilizados para síntese destas estruturas, aqueles que utilizam uma membrana de alumina anódica como molde têm sido considerados como muito interessantes devido às várias vantagens sobre as demais técnicas convencionais (p. e. as litografias por feixe de elétrons, por micro-feixe iônico e AFM), como o grande controle da forma das estruturas, uniformidade, longas áreas de ordenação sobre a amostra, baixo custo e relativa facilidade de fabricação. Neste trabalho, estudou-se a preparação de amostras de alumina nanoporosa a partir do alumínio ultra-puro pelo processo de oxidação anódica. Investigou-se a influência dos dois estágios de anodização no grau de ordenação da amostra e também se verificou a relação entre as condições de anodização, eletrólito e tensão, e as características morfológicas das amostras obtidas. As amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia de Força Atômica (AFM), técnicas que se mostraram poderosas ferramentas para investigação das nanoestruturas obtidas. Além da produção das amostras, foi construído e implementado um arranjo experimental para a fabricação de alumina nanoporosa por oxidação anódica no Laboratório de Física Aplicada - LFA-CDTN. / Nanostructured materials, i.e. materials whose structural elements (thin films, clusters, crystallites or molecules) have at least one dimension in the 1 to 100 nm range, have attracted great interest in recent years because the extensive application potential. The explosion in both scientific and technological interest in these materials over the past decade arises from the remarkable variations in fundamental electrical, optical and magnetic properties that occur as one progresses from an infinitely extended solid to a nanoscale material. As a remarkable example, the demand for magnetic materials capable of recording with high density is an area with great interest among the new possibilities offered by nanoscience and nanotechnology. Processes that enable the preparation of nanoscale materials in which it is possible to optimize the structural properties (size, shape and distributions), aiming to investigate the effects mentioned above, are of great scientific and technological interest. Among the methods used for synthesis of such nanostructures, those using an anodic alumina membrane have been considered as very interesting due to several advantages over other classical techniques (e.g. electron beam and ion beam lithography), such as the large control of structure size, uniformity, long area of ordering on the sample, low cost and relative simplicity of production. In this work, nanoporous alumina was prepared from ultra-pure aluminum by anodic oxidation process in order to be used as templates in the synthesis of magnetic nanostructures. It was investigated the influence of the two stages of anodizing in the degree of ordering of the sample and also investigated the relationship between the conditions of anodizing (electrolyte solution and voltage) and the morphological characteristics of the samples. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), techniques that have proved powerful tools for investigation of nanostructure materials. Besides the production of the samples, it was implemented the infrastructure and methodology necessary for the production of nanoporous alumina in the LFA/CDTN.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, foram investigadas as correlações entre a estrutura e as propriedades magnéticas principalmente à existência de anisotropia magnética perpendicular - de filmes policristalinos de Fe-Ni depositados sobre substrato de Si por pulverização catódica DC, em uma ampla faixa de concentração (de Fe15Ni85 até Fe80Ni20). Estudamos a influência de diferentes condições de preparação (espessura, distância alvo-substrato e temperatura do substrato) na estrutura e na textura magnética dos filmes. A composição dos filmes foi determinada por espectroscopia de fluorescência de raios x (EDS). Utilizando a difração de raios x em ângulo rasante (GIXRD), determinamos a estrutura cristalina das amostras. A espectroscopia Mössbauer de 57Fe foi empregada para a determinação das propriedades estruturais e magnéticas, e o efeito Kerr magneto-óptico (MOKE) foi utilizado como técnica adicional na obtenção de informações magnéticas sobre os filmes preparados. Nossos resultados demonstraram que, nas condições de crescimento dos filmes aqui empregadas, foi possível se obter filmes com uma forte anisotropia magnética perpendicular (inclinação média dos spins Fe de 25 em relação à normal) para toda a faixa de concentração e de espessura exploradas. Significante redução na textura magnética perpendicular só foi observada em filmes crescidos a altas temperaturas do substrato (~ 500 C). / A study of the correlation between magnetic and structural properties of FeNi thin films has been made focused on the perpendicular magnetic anisotropy exhibited by these films. The influence that different growth conditions, such as film thickness, target-substrate distance, and substrate temperature have on the structure and on the magnetic texture of FeNi films has been investigated. Polycrystalline FexNi1-x thin films were grown on Si substrates by DC sputtering within a wide range of concentration (15 x 80). The stoichiometric composition was determined by X ray fluorescence spectroscopy (EDS), and the crystalline structure was studied by grazing incidence X ray diffraction (GIXRD). 57Fe Conversion Electron Mossbauer spectroscopy (CEMS) was used to determine both structural and magnetic properties, and magneto-optic Kerr effect magnetometry (MOKE) was used for magnetic characterization of the investigated thin films. The obtained results show that it has been possible to obtain FexNi1-x thin films with a strong perpendicular magnetic anisotropy, with an average deviation of 25 from the normal to the sample surface, for all the concentration range and thicknesses studied. Only films grown at high substrate temperatures (~500 C) exhibited a significant reduction on the perpendicular magnetic anisotropy.

Dispositivos spintrônicos baseados no transporte de corrente polarizada em spin, torque de spins e em outros fenômenos representam grandes promessas no cenário da tecnologia de miniaturização dos dispositivos eletrônicos da atualidade. Materiais magnéticos de grande relevância tecnológica para diferentes áreas envolvem, apesar de exceções, filmes e estruturas multicamadas com alta complexidade. Avanços nesta área exigem o da estrutura das mesmas, em escala atômica, possibilitando o ajuste de suas propriedades físicas. O propósito deste trabalho é a preparação de estruturas multicamadas por sputtering, bem como o estudo de fenômenos magnéticos envolvidos nestas estruturas. O objetivo é produzir uma válvula de spin. Esta é uma estrutura multicamada composta por dois filmes ferromagnéticos separados por um espaçador não magnético. A magnetização de uma das camadas ferromagnéticas é livre para girar sob efeito de pequenos campos externos, enquanto a magnetização da outra camada ferromagnética permanece fixada por meio de acoplamento de troca com uma camada antiferromagnética. A estrutura é ajustada para permitir que pequenos campos magnéticos aplicados possam chavear a magnetização das camadas ferromagnéticas, de um estado antiparalelo à um estado paralelo, resultando na variação da resistividade elétrica da estrutura (efeito GMR). Otimização das condições de deposição foi necessária para obter estruturas com acoplamento por polarização de troca, e acoplamento antiferromagnético através do espaçador não magnético. A correlação entre as condições de deposição e as propriedades magnéticas dos filmes foi estudada. O trabalho apresentado nesta dissertação tem contribuído para a caracterização de filmes finos magnéticos, quais podem ser utilizados na produção de sensores magnéticos, e do novo sistema de sputtering montado no Laboratório de Física Aplicada do CDTN. / Spintronic devices based in the transport of spin polarized current, spins torque and other related phenomena represent big promises in the scenery of the technological miniaturization of current electronic devices. Magnetic materials of great technological relevance for different areas deal with, despite some exceptions, films and multilayered structures with high complexity. Advances on these fields require the control of those structures in atomic scale, in order to be able to tailor their physical properties. The purpose of this work is the preparation of multilayered structures by sputtering, as well the study of magnetic phenomena involved in this structures. The aim is to produce a spin valve. This is a multilayer structure composed of two ferromagnetic layers, separated by a non magnetic spacer. The magnetisation of one of the ferromagnetic layers is free to rotate under the effect of small external fields, whilst the magnetisation of the other ferromagnetic layer remains fixed by means exchange coupling to a antiferromagnetic layer. The structure is tailored to allow the small applied magnetic fields to switch the magnetisation of the ferromagnetic layers from antiparallel state to a parallel state resulting in the variation of the electrical resistivity of the structure (GMR effect). Optimization of deposition conditions was required to obtain structures with exchange bias coupling, and antiferromagnetic coupling through a non magnetic spacer. The correlation between the deposition conditions and the magnetic properties of the films was studied. The work presented in this dissertation has contributed to the characterisation of both magnetic thin films, which can be used on the production of magnetic sensors, and the new sputtering system assembled in the Applied Physics Laboratory of CDTN.

Nenhuma / Neste trabalho, o modo de crescimento, a estrutura e o comportamento magnético de filmes ultrafinos de Ni crescidos epitaxialmente sobre o Pd(100), foram investigados utilizando-se as técnicas experimentais in-situ de RHEED, LEED, AES, MBE e MOKE, e VSM ex-situ. O objetivo foi estudar a influência da tensão gerada na interface pelo descasamento do parâmetro de rede dos materiais (10,4%), a influência da temperatura e a presença de uma camada de recobrimento. Descobrimos que os filmes crescem camada a camada até uma espessura de ~4 ML e, em seguida, passa a ter seu crescimento na forma de ilhas. Os filmes apresentam uma estrutura tetragonal TFC até uma espessura de 11 ML quando sofre uma transição indicada por um forte aumento no valor da coercividade e pela proximidade do valor de sua distância interplanar com o do Ni em volume. A estrutura do filme volta à sua configuração CFC de volume acima de ~15 ML. As curvas de histerese magnéticas, obtidas à partir de 4,6 ML, apresentaram um formato que indica que o eixo fácil se encontra no plano para toda a faixa de espessura (4,6 a 18,3 ML) e temperatura (150 a 350 K) investigadas. O valor do campo coercivo aumenta com a presença de uma camada de recobrimento e com a diminuição da temperatura. Não houve indicação de nenhuma transição de reorientação de spin ou anisotropia magnética perpendicular. / In this work, the growth mode, the structure and the magnetic behavior of ultrathin Ni films epitaxially grown over Pd(100) were investigated using in-situ experimental techniques ass RHEED, LEED, AES, MBE and MOKE, and ex-situ VSM. The objective was to study the influence of the stress induced by the lattice parameter mismatch of the materials (10,4%), the influence of temperature and the presence of a capping layer. We found a layer by layer growth mode up to a thickness of ~4 ML, followed by the growth in islands. The film presented a TFC tetragonal structure up to 11 ML, then suffers a transition indicated by a strong elevation on the coercivity and by the proximity of the interplanar distance ass compared to bulk Ni. The film structure returns to it`s original CFC bulk configuration above ~15 ML. The magnetic hysteresis curves, obtained from 4,6 ML, presented a squared shape indicating that the easy axis stood in the film plane for the thickness (4,6 to 18,3 ML) and temperature (150 to 350 K) ranges investigated. The coercive field value grows with the presence of a capping layer and as the temperature goes down. There was no indication of a spin reorientation transition or perpendicular magnetic anisotropy.