Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / AvanÃos nas tÃcnicas de crescimento tÃm tornado possÃvel a fabricaÃÃo de estruturas semicondutoras unidimensionais em escala nanomÃtrica, chamadas de fios quÃnticos. O interesse nestas estruturas tem crescido bastante, devido a suas aplicaÃÃes em dispositivos eletrÃnicos e tambÃm devido a sua quÃmica ser facilmente manipulÃvel. Em particular, trabalhos experimentais tÃm mostrado o crescimento de fios quÃnticos core-shell e de fios semicondutores com uma heteroestrutura longitudinal. Neste trabalho estudamos as propriedades excitÃnicas de fios quÃnticos cilÃndricos Si/Si1-xGex core-shell, considerando duas possibilidades para o alinhamento da banda de conduÃÃo: tipo-I, onde elÃtrons e buracos estÃo confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estÃo separados espacialmente. Usamos um Hamiltoniano que leva em conta a existÃncia de interfaces graduais entre materiais. No tipo-I, observamos que a energia do exciton à fracamente afetada pela presenÃa do campo magnÃtico, principalmente para pequenos raios do fio. Jà para o tipo-II, o aumento da intensidade do campo magnÃtico leva a transiÃÃes quase periÃdicas no momento angular do elÃtron, o que gera oscilaÃÃes de Aharonov-Bohm na energia do exciton. TambÃm investigamos teoricamente como a existÃncia de interfaces graduais pode afetar o confinamento em fios quÃnticos com heteroestruturas GaAs/GaP e InAs/InP ao longo de seus eixos de crescimento. Nossos resultados mostram que, à medida que o raio do fio diminui, o potencial efetivo que atua sobre um portador pode forÃar sua localizaÃÃo nas barreiras. Quando consideramos interfaces graduais entre os materiais que compÃem a heteroestrutura, este potencial efetivo adquire uma forma peculiar, gerando pequenos poÃos nas interfaces, capazes de confinar os portadores nesta regiÃo. / AvanÃos nas tÃcnicas de crescimento tÃm tornado possÃvel a fabricaÃÃo de estruturas semicondutoras unidimensionais em escala nanomÃtrica, chamadas de fios quÃnticos. O interesse nestas estruturas tem crescido bastante, devido a suas aplicaÃÃes em dispositivos eletrÃnicos e tambÃm devido a sua quÃmica ser facilmente manipulÃvel. Em particular, trabalhos experimentais tÃm mostrado o crescimento de fios quÃnticos core-shell e de fios semicondutores com uma heteroestrutura longitudinal. Neste trabalho estudamos as propriedades excitÃnicas de fios quÃnticos cilÃndricos Si/Si1-xGex core-shell, considerando duas possibilidades para o alinhamento da banda de conduÃÃo: tipo-I, onde elÃtrons e buracos estÃo confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estÃo separados espacialmente. Usamos um Hamiltoniano que leva em conta a existÃncia de interfaces graduais entre materiais. No tipo-I, observamos que a energia do exciton à fracamente afetada pela presenÃa do campo magnÃtico, principalmente para pequenos raios do fio. Jà para o tipo-II, o aumento da intensidade do campo magnÃtico leva a transiÃÃes quase periÃdicas no momento angular do elÃtron, o que gera oscilaÃÃes de Aharonov-Bohm na energia do exciton. TambÃm investigamos teoricamente como a existÃncia de interfaces graduais pode afetar o confinamento em fios quÃnticos com heteroestruturas GaAs/GaP e InAs/InP ao longo de seus eixos de crescimento. Nossos resultados mostram que, à medida que o raio do fio diminui, o potencial efetivo que atua sobre um portador pode forÃar sua localizaÃÃo nas barreiras. Quando consideramos interfaces graduais entre os materiais que compÃem a heteroestrutura, este potencial efetivo adquire uma forma peculiar, gerando pequenos poÃos nas interfaces, capazes de confinar os portadores nesta regiÃo.

O objetivo da presente pesquisa foi avaliar o comportamento da força em função da deflexão na ativação e desativação de fios ortodônticos de níquel-titânio, de secção circular (.016”). Ensaiaram-se três marcas de fio (Forestadent, GAC e Morelli). As temperaturas de ensaio foram três (32, 37 e 42ºC). As ativações máximas foram até 1, 2, 3 e 4mm. O espécime de ensaio consistiu de uma placa de resina acrílica, sobre a qual eram fixados cilindros metálicos por meio de parafusos, simulando dentes, com distribuição semelhante aos dentes naturais. Sobre os cilindros foram cimentados os bráquetes (distância de 8mm entre eles). Sobre os bráquetes era fixado, conforme clinicamente, o arco do fio em ensaio. O “dente” correspondente ao incisivo central era liberado (desparafusado) para poder se deslocar livremente no sentido vestíbulo-lingual durante os ensaios e o fio poder sofrer a deflexão. O conjunto era levado à máquina de ensaio (Instron), com câmara de temperatura controlada. Durante o ensaio a velocidade de deslocamento para a deflexão foi de 0,5mm/min. Durante a ativação e desativação as forças foram registradas de 0,10 em 0,10mm de deflexão. Por meio de software esses valores eram impressos numericamente e em gráficos da força em função da ativação/desativação. Com 4 ativações máximas, 3 marcas de fios e 3 temperaturas obtiveram-se 36 condições experimentais e com 5 repetições (n=5) foram feitos 180 ensaios. Os gráficos obtidos mostraram uma não linearidade entre força e deflexão e com ativação de 1 e 2mm não foi detectado platô de superelasticidade, mas que foi observado na desativação, das ativações máximas de 3 e 4mm. Dos gráficos e tabelas foram extraídos valores específicos para serem analisados e comparados: 1) força máxima de ativação; 2/3) diminuição da força na desativação de 0,20mm e 0,70mm (esta só na ativação de 3 e 4mm); 4/5) extensão e forças no platô (apenas nas ativações máximas de 3 e 4mm); 6/7/8) desativação até alcançar 50g de força, a partir de 0,80 e 1,80mm (ativações de 1 e 2mm), ou no final dos platôs (ativações de 3 e 4mm), a força ao iniciar-se a desativação, afastamento da origem ao registrar 50g de força; 9) deformação permanente ao atingir a força zero. As principais conclusões foram: a força de ativação máxima aumentou com o aumento desta e da temperatura, o material Morelli apresentou a menor e o GAC a maior; a diminuição da força máxima foi tanto maior quanto maior a ativação; apenas as ativações até 3 e 4mm apresentaram platôs de superelasticidade e que foram bem mais extensos na ativação de 4mm, que por sua vez apresentaram menor força; em todos os ensaios for observada deformação permanente / The purpose of this study was to evaluate the behaviour of force as function of loading and unloading orthodontic nickel-titanium wires. Three defferent brands (Forestadent, GAC and Morelli) were tested. Testing temperature were 32, 37 and 42 o C. Loading were up to 1, 2, 3 and 4mm deflection. Specimens consisted of a acrylic base where were fixed metallic cylinders simulating teeth. Over the teeth were fixed brackets to maintain arch wire in position. Tooth corresponding to central incisor was loosened and at the correspondig bráquete was applied the force in an Instron equipment, with temperature control. Head speed was 0.5mm/min. During loading and unloading forces were read every 0.10mm deflection and registered. The pair values of forces and deflections were also plotted as graphs. With 4mm maximum loading, 3 brands and 3 temperatures were obtained 36 experimental conditions and with 5 repetitions (n=5) were performed 180 tests. Graphs showed that there is no linearity between forces and deflection and with loading up to 1 and 2mm was not obtained the formation of superelasticity plateaus. But they were observed with 3 and 4mm deflections. From the graphs and registered numerical values for each specimen were selected special values to be analysed: 1) maximum loading force; 2/3) force decrease during unloading 0.20 and 0.70mm (the last only at 3 and 4mm activation); 4/5) exte nsions and forces at plateaus (only for 3 and 4mm activations); 6/7/8) extension until 50g force, since 0.80 and 1.80mm (respectively activation up to 1 and 2mm), or ends of plateau (3 and 4mm activation). In these conditions, the force at beginning unloading. Distance of origin at register 50g force; 9) permanent deformation at zero force. The main conclusions were: maximum loading forces increase with deflection and temperature increases, and brand Morelli presented the smallest force and GAC the greatest; the decrease of forces with unloading was as larger as activation force; only the activation until 3 and 4mm presented superelasticity plateaus, and was longer with 4mm activation, but it presented lower force at plateaus; in all tests was noted permanent deformation

Neste trabalho investigamos a estrutura eletrônica de fios quânticos formados por distribuição de carga espacial, obtidos a partir da incorporação de dopantes nos degraus que delimitam planos vicinais em semicondutores. Estudos experimentais recentes, que combinam o crescimento epitaxial em planos vicinais (terraços) sobre o GaAs com as técnica de dopagem planar abrupta, sugerem que a incorporação do dopante (Silício) ocorre preferencialmente ao longo das linhas que delimitam os planos vicinais deste semicondutor. Baseados em resultados teóricos recentes, que sugerem que a aproximação semiclássica de Thomas-Fermi é capaz de reproduzir o potencial auto-consciente de sistemas eletrônicos criados a partir de distribuições de carga de origem puramente espacial, vários efeitos tais como: difusão de dopantes, temperatura finita e densidade residual de aceitadores puderam ser investigados neste nível de aproximação. As equações de Kohn-Sham na aproximação de densidade local (T=0K) foram também empregadas com o propósito de avaliar-se a possível influência de efeitos de não localidade do funcional energia cinética e efeitos de muitos corpos (troca e correlação) que foram ignorados pela abordagem semiclássica. / In this work we investigate the electronic structure of space-charge quantum wires obtained via attachment of donors in misorientation steps of semiconductor vicinal surfaces. Recent experimental studies, combining epitaxial growth on GaAs (100) vicinal surfaces (terraces) with the ?-doping technique, suggests that the incorporation of Silicon donors is preferential along the lines that delimit the vicinal terraces in this semiconductor. Based on recent theoretical results suggesting that the Thomas-Fermi is a reliable approximation for the self-consistent potential fo space-charge layers, we have employed this approximation to study the possible influence of various factors such as diffusion of dopants, finite temperature and residual density of acceptors on the electronic structure of these wires. The Kohn-Sham equations, within the local density approximation (T=0K), were also solved as the propose of evaluating the influence of effects due to the non-locality of the kinectic energy densities functional and many body effects (exchange and correlation) that were ignored in the semiclassical approximation.

Investigamos os efeitos de tamanho e do potencial de confinamento finito V0 nas taxas de espalhamento de absorção e de emissão de elétrons interagindo com os fônons longitudinais ópticos (fônons LO) de um fio quântico cilíndrico de GaAs à temperatura ambiente. Calculamos as taxas de espalhamento inter e intra-sub-banda e a taxa de espalhamento total para uma temperatura de 300 K, pois nesta temperatura o mecanismo de espalhamento dominante em semicondutores do tipo III-V é aquele devido aos fônons LO. Qualitativamente a taxa de emissão intra-sub-banda neste sistema tem o mesmo comportamento da sua correspondente em estruturas 2D. Para a absorção encontramos uma mudança suave de comportamento da taxa de absorção intra-sub-banda quando o raio do fio é da ordem do diâmetro do polaron (ou seja, da ordem de 80 ANGSTROM). Para raios pequenos ela tem um comportamento similar ao do bulk, mas para raios maiores ela cresce até atingir um máximo e depois cai monotonicamente à medida que aumentamos a energia do portador. Vimos que, o tamanho do fio e o potencial de confinamento têm grande influência na taxa de espalhamento total. / We investigated the size effects and the effects of the finite confining potential V0 on the absorption and emission scattering rates of electron interacting with longitudinal optical (LO) phonons for a cylindrical GaAs quantum wire. We calculated the inter and intrasubband total scattering rate for a temperature of 300K, because in this temperature the dominant mechanism of scattering in semiconductors III-V is that due LO phonons. Qualitatively the intrasubband emission scattering rate in this system has the same behavior of the correspondent in 2D structures. For absorption we found a smooth change in the intrasubband absorption scattering rate behavior when the radius the wire is near the polaron diameter (ie, about 80 ANGSTROM). For small radius the scattering rate has a similar behavior as that of the bulk, but for large radius it increases until reach a maximum and after ir drops monotonicaly with increase of carrier energy. We found that the size effect and the confining potential have a large influence in the total scattering rate

Neste trabalho investigamos a estrutura eletrônica de fios quânticos formados por distribuição de carga espacial, obtidos a partir da incorporação de dopantes nos degraus que delimitam planos vicinais em semicondutores. Estudos experimentais recentes, que combinam o crescimento epitaxial em planos vicinais (terraços) sobre o GaAs com as técnica de dopagem planar abrupta, sugerem que a incorporação do dopante (Silício) ocorre preferencialmente ao longo das linhas que delimitam os planos vicinais deste semicondutor. Baseados em resultados teóricos recentes, que sugerem que a aproximação semiclássica de Thomas-Fermi é capaz de reproduzir o potencial auto-consciente de sistemas eletrônicos criados a partir de distribuições de carga de origem puramente espacial, vários efeitos tais como: difusão de dopantes, temperatura finita e densidade residual de aceitadores puderam ser investigados neste nível de aproximação. As equações de Kohn-Sham na aproximação de densidade local (T=0K) foram também empregadas com o propósito de avaliar-se a possível influência de efeitos de não localidade do funcional energia cinética e efeitos de muitos corpos (troca e correlação) que foram ignorados pela abordagem semiclássica. / In this work we investigate the electronic structure of space-charge quantum wires obtained via attachment of donors in misorientation steps of semiconductor vicinal surfaces. Recent experimental studies, combining epitaxial growth on GaAs (100) vicinal surfaces (terraces) with the ?-doping technique, suggests that the incorporation of Silicon donors is preferential along the lines that delimit the vicinal terraces in this semiconductor. Based on recent theoretical results suggesting that the Thomas-Fermi is a reliable approximation for the self-consistent potential fo space-charge layers, we have employed this approximation to study the possible influence of various factors such as diffusion of dopants, finite temperature and residual density of acceptors on the electronic structure of these wires. The Kohn-Sham equations, within the local density approximation (T=0K), were also solved as the propose of evaluating the influence of effects due to the non-locality of the kinectic energy densities functional and many body effects (exchange and correlation) that were ignored in the semiclassical approximation.

Nos tratamentos ortodônticos, fios de diferentes ligas metálicas são utilizados nas etapas de alinhamento, nivelamento, correção da posição molar, fechamento espacial, acabamento e retenção. Com relação às duas últimas, responsáveis pelo posicionamento adequado dos dentes superiores sobre os inferiores, a preparação requer um fio que favoreça o torque de incisão, ou seja, que apresente grande resistência e rigidez associadas à ativação de pequeno alcance. Para este fim, os fios de aços inoxidáveis austeníticos retangulares são os preferidos em razão do módulo de elasticidade elevado e boa resistência à corrosão no meio bucal. Quanto à geometria retangular, o processo de fabricação requer desenvolvimento tecnológico adequado para a produção em escala industrial de fios com as características geométricas e propriedades mecânicas para melhor adequação às necessidades de uso. Com o objetivo de se produzir fios com tais características, foi desenvolvido um laminador para a fabricação de fios retangulares com a intuito de se dispor de uma alternativa de menor custo ao processo de produção por trefilação, de custo elevado, devido a complexidade das matrizes. Além da fabricação do laminador, foram avaliados os aspectos tecnológicos que envolveram os efeitos da deformação nas propriedades mecânicas dos fios, por meio de medidas de microdurezas e ensaios em tração e de flexão. Nos testes realizados, os fios apresentaram geometria, acabamento superficial e propriedades mecânicas adequadas à sua utilização em tratamentos ortodônticos. / In orthodontic treatments, wires of different metallic alloys are used for alignment, leveling, correction of the molar position, space closing, finish and retention. With respect to finish and retention, these wires are responsible for adequate positioning of the upper teeth on the lower teeth. Wires that are subjected to incisor torque require high resistance and stiffness. For this, wires of rectangular austenitic stainless steel are used due to high modulus of elasticity and good corrosion resistance in the oral environment. Because of the rectangular geometry, wire production requires process development suitable for industrial scale manufacture with geometric characteristics and mechanical properties better adapted to the use conditions. To obtain wires with such characteristics, a rolling mill was developed for the production of rectangular wires by a rolling process with the objective of reducing cost of the cold drawing process that is currently used, which utilize complex and expensive wiredrawing dies. In addition to the rolling process itself, wire deformation, microhardness, tension and bend tests were also performed. In these tests, wire geometry, surface finish and mechanical properties were successfully adapted for use in orthodontic treatments.

Tese de mestrado integrado. Engenharia dos Materiais / Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Department of Materials and Manufacturing Technology. Chalmers University of Technology. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010