Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3979.pdf: 1134326 bytes, checksum: 632f5a00eaee0005b11f796adb650e96 (MD5) Previous issue date: 2011-10-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / This master's project's main objective is to study the effects of absorption in the elastic scattering of electrons by molecules of formaldehyde (CH2O). We calculated differential cross sections (SCD), integral cross sections (SCI) and cross sections for momentum transfer (SCTM) for elastic scattering and total cross sections (SCT) and cross sections of total absorption (SCAT) for incident electron energies in the range 0.2 to 500 eV. The absorption effects were included using a complex optical potential to describe electron-molecule interaction. The imaginary part of this potential corresponds to an absorption potential. In our calculations the potential to absorb a potential model used was proposed by our group in 2007 and known in literature as SQFSM (scaled quasi-free scattering model). This optical potential was used in the numerical solution of the Lippmann-Schwinger equation to obtain the wave functions of the continuum describing the incident and scattered electrons, which are used to calculate scattering amplitudes and the corresponding cross sections. The numerical solution was obtained by the technique of Padé approximants of the combined use of the method of partial wave expansion. The strong permanent electric dipole of the target leads to a well-known difficulty of convergence of these expansions, outlined in our study by using the technique of complementation using the First Born approximation. Our results highlight the importance of including absorption effects in the study of elastic e--CH2O collisions. In general, such effects are associated with loss of elastically scattered electrons flow due to the opening of inelastic processes that compete with the elastic process. So they arise whenever the incident electron energy is sufficient to excite electronically the target, but its relevance to the elastic process depends on the target under study. In the case of formaldehyde molecule, the energy for the first excited state (ã3A2) is 3.45 eV and the first ionization potential is 10.88 eV. Despite these values, our calculations show that the inclusion of the absorption potential for does not significantly alter the values of the various cross section to energies up to 15 eV, but from this value leads to a reduction in the values of SCD, such reduction grows with energy until the range between 100 and 200 eV, which reaches about 50% and decreases for energies above them. viii Our results were compared with several theoretical and experimental results available in literature. Unfortunately the only published experimental reports measurements of SCD in the range 0.4 to 2.6 eV. On the other hand, there are several theoretical studiies published that report cross sections for energies up to 80 eV. In general our results agree well with literature data. / Este projeto de mestrado tem como objetivo principal estudar os efeitos de absorção no espalhamento elástico de elétrons por moléculas de formaldeído (CH2O). Foram calculadas seções de choque diferenciais (SCD), seções de choque integrais (SCI) e seções de choque de transferência de momento (SCTM) para o espalhamento elástico, bem como seções de choque total (SCT) e seções de choque de absorção total (SCAT) para energias do elétron incidente no intervalo de 0,2 a 500 eV. Os efeitos de absorção foram incluídos com o uso de um potencial óptico complexo para descrever a interação elétron-molécula. A parte imaginária deste potencial corresponde a um potencial de absorção. Em nossos cálculos o potencial de absorção utilizado foi um potencial modelo proposto pelo nosso grupo em 2007 e conhecido na literatura como SQFSM (do inglês scaled quasi-free scattering model). Este potencial óptico foi utilizado na solução numérica da equação de Lippmann- Schwinger para a obtenção das funções de onda do contínuo que descrevem os elétrons incidente e espalhado, as quais são usadas para calcular as amplitudes de espalhamento e as correspondentes seções de choque. A solução numérica foi obtida pela técnica dos aproximantes de Padé conjugada à utilização do método de expansão em ondas parciais. O forte dipolo elétrico permanente do alvo leva a uma conhecida dificuldade de convergência destas expansões, contornada em nosso estudo pela utilização da técnica de complementação utilizando a Primeira Aproximação de Born. Nossos resultados evidenciam a importância da inclusão dos efeitos de absorção no estudo das colisões elásticas e--CH2O. De um modo geral, tais efeitos são associados à perda de fluxo de elétrons espalhados elasticamente, devido à abertura de processos inelásticos que competem com o processo elástico. Assim eles surgem sempre que a energia do elétron incidente for suficiente para excitar eletronicamente o alvo, mas a sua relevância para o processo elástico depende do alvo em estudo. No caso da molécula de formaldeído a energia de excitação para o primeiro estado excitado (ã3A2) é de 3,45 eV e o primeiro potencial de ionização é de 10.88 eV. Apesar destes valores, nossos cálculos mostram que a inclusão do potencial de absorção não altera significativamente os valores das diversas secções de choque para energias até cerca de 15 eV, mas a partir deste valor, leva a uma redução dos valores de SCD, redução esta que cresce com a energia até a faixa entre 100 e 200 eV, em que chega a cerca de 50%, e é decrescente para energias acima destas. vi Nossos resultados foram comparados com vários resultados teóricos e experimentais disponíveis na literatura. Infelizmente o único trabalho experimental publicado se refere a medidas de SCD na faixa de 0,4 a 2,6 eV. Por outro lado, existem vários trabalhos teóricos publicados que reportam seções de choque para energias até 80 eV. Em geral nossos resultados concordam bem com os dados da literatura.

Este trabalho tem como objetivo geral explorar os fenômenos decorrentes da interação de íons moleculares com a matéria, dando ênfase ao estudo dos efeitos de proximidade/ vizinhança e explosão colombiana para investigar as excitações eletrônicas coerentes (plasmons), bem como desenvolver uma técnica alternativa de perfilometria elementar. Esses fenômenos ocorrem em tempos muito curtos de interação entre os íons moleculares e o meio eletrônico do alvo e, portanto, a avaliação dos mesmos necessita de técnicas experimentais adequadas `a essa escala temporal. Assim, os experimentos são conduzidos com a utilização de técnicas experimentais com alta resolução em energia [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E ≈ 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] e filmes finos (10-50 Å para análises via MEIS, e centenas de °A para análise via NRP) metálicos e dielétricos. A partir da comparação dos espectros de perda de energia eletrônica, obtidos via MEIS, de íons monoatômicos (H+) e moleculares (H+2 e H+3 ) pode-se extrair a contribuição do efeito de proximidade na perda de energia de íons moleculares, e conseqüentemente, a contribuição das excitações de longo alcance (excitações coerentes), como a excitação de plasmons. A partir da análise das curvas de excitação obtidas via NRP, obtém-se a dependência do efeito de vizinhança com a espessura dos filmes analisados, bem como o efeito da explosão coulombiana para tempos longos de interação entre os fragmentos moleculares e o meio eletrônico. Os resultados obtidos para a perda de energia de íons moleculares mostram que a contribuição da excitação de plasmons neste processo pode ser observada em filmes ultrafinos de materiais com estrutura eletrônica simples. Utilizando o mecanismo de explosão coulombiana das moléculas de H+2 , é proposta uma técnica inédita de perfilometria de filmes ultrafinos que n˜ao requer o conhecimento prévio da densidade destes filmes. Os resultados para a perfilometria via explosão coulombiana mostram a potencialidade da técnica MEIS na determinação de espessuras absolutas de filmes ultrafinos (espessura < 100 Å). / The aim of this work is to explore the phenomena resulting from the interaction of molecular ions with matter, emphasizing the study of the proximity/vicinage effects and the Coulomb explosion in order to investigate the coherent electronic excitations (plasmons) and to develop an alternative technique of elemental profiling. These phenomena occur at very short interaction times among the molecular ions and the electrons of the target, and thus their evaluation requires experimental techniques appropriate to this timescale. Thus, the experiments are conducted through high energy-resolution experimental techniques [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E = 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] and thin (10-50 Å for analysis via MEIS, and a few hundred Å for analysis via NRP) metalic and dielectric films. By comparing the spectra of electronic energy loss, obtained by MEIS, from monatomic (H+) and molecular ions (H+2 and H+3 ) one can extract the contribution of the proximity or vicinage effect in the energy loss of molecular ions, and therefore, the contribution of longrange excitations such as plasmon excitations. From the analysis of the excitation curves obtained in the NRP experiments, it is possible to obtain the dependence of the vicinage effect on the thickness, as well as the Coulomb explosion effect for long interaction times among the molecular fragments and the electronic media. The results of the molecular energy loss show that the contribution of the plasmon excitations to this process can be observed in thin films of materials with simple electronic structure. By the Coulomb explosion of H+2 molecules, we propose a new profiling technique of ultrathin films that does not require the knowledge of the film density. The results of the Coulomb explosion profiling show the potentiality of the MEIS technique in determining absolute thickness of ultrathin films (thickness < 100 Å).

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

Este trabalho tem como objetivo geral explorar os fenômenos decorrentes da interação de íons moleculares com a matéria, dando ênfase ao estudo dos efeitos de proximidade/ vizinhança e explosão colombiana para investigar as excitações eletrônicas coerentes (plasmons), bem como desenvolver uma técnica alternativa de perfilometria elementar. Esses fenômenos ocorrem em tempos muito curtos de interação entre os íons moleculares e o meio eletrônico do alvo e, portanto, a avaliação dos mesmos necessita de técnicas experimentais adequadas `a essa escala temporal. Assim, os experimentos são conduzidos com a utilização de técnicas experimentais com alta resolução em energia [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E ≈ 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] e filmes finos (10-50 Å para análises via MEIS, e centenas de °A para análise via NRP) metálicos e dielétricos. A partir da comparação dos espectros de perda de energia eletrônica, obtidos via MEIS, de íons monoatômicos (H+) e moleculares (H+2 e H+3 ) pode-se extrair a contribuição do efeito de proximidade na perda de energia de íons moleculares, e conseqüentemente, a contribuição das excitações de longo alcance (excitações coerentes), como a excitação de plasmons. A partir da análise das curvas de excitação obtidas via NRP, obtém-se a dependência do efeito de vizinhança com a espessura dos filmes analisados, bem como o efeito da explosão coulombiana para tempos longos de interação entre os fragmentos moleculares e o meio eletrônico. Os resultados obtidos para a perda de energia de íons moleculares mostram que a contribuição da excitação de plasmons neste processo pode ser observada em filmes ultrafinos de materiais com estrutura eletrônica simples. Utilizando o mecanismo de explosão coulombiana das moléculas de H+2 , é proposta uma técnica inédita de perfilometria de filmes ultrafinos que n˜ao requer o conhecimento prévio da densidade destes filmes. Os resultados para a perfilometria via explosão coulombiana mostram a potencialidade da técnica MEIS na determinação de espessuras absolutas de filmes ultrafinos (espessura < 100 Å). / The aim of this work is to explore the phenomena resulting from the interaction of molecular ions with matter, emphasizing the study of the proximity/vicinage effects and the Coulomb explosion in order to investigate the coherent electronic excitations (plasmons) and to develop an alternative technique of elemental profiling. These phenomena occur at very short interaction times among the molecular ions and the electrons of the target, and thus their evaluation requires experimental techniques appropriate to this timescale. Thus, the experiments are conducted through high energy-resolution experimental techniques [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E = 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] and thin (10-50 Å for analysis via MEIS, and a few hundred Å for analysis via NRP) metalic and dielectric films. By comparing the spectra of electronic energy loss, obtained by MEIS, from monatomic (H+) and molecular ions (H+2 and H+3 ) one can extract the contribution of the proximity or vicinage effect in the energy loss of molecular ions, and therefore, the contribution of longrange excitations such as plasmon excitations. From the analysis of the excitation curves obtained in the NRP experiments, it is possible to obtain the dependence of the vicinage effect on the thickness, as well as the Coulomb explosion effect for long interaction times among the molecular fragments and the electronic media. The results of the molecular energy loss show that the contribution of the plasmon excitations to this process can be observed in thin films of materials with simple electronic structure. By the Coulomb explosion of H+2 molecules, we propose a new profiling technique of ultrathin films that does not require the knowledge of the film density. The results of the Coulomb explosion profiling show the potentiality of the MEIS technique in determining absolute thickness of ultrathin films (thickness < 100 Å).

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Commercial gasolines are normally produced by blending hydrocarbon fractions obtained from the distillation of crude oil or from other petrochemical or refining processes, and carried through in order to comply with a variety of legal and ambient specifications at minimum cost. The quality for the use and commercialization of gasolines is evaluated through certain characteristics specified by governmental regulation. Such characteristics are usually determined by different methodologies and experimental techniques, since those depend on their constituents and their respective concentrations with a high complexity. Thus, blending of gasolines in petrochemical and refining industries is sometimes a very laborious procedure. The prediction of fuel properties from composition data is growing in importance in the last few years. Methods of group contribution have been used in the last decades to predict properties of pure organic compounds and some mixture parameters (e.g., UNIFAC). However, most of the recent studies use artificial neural networks as a technique for prediction for fuel properties using the composition of classes of constituents or key-compounds as input data. The main advantage of a neural network is its capacity to extract general and unknown information for certain series of data (training), supplying useful and fast models for prediction. However, the use of neural networks trained to predict properties of fuels produced from one given combination of petroleum fractions can not be suitable in the prediction of the characteristics of other gasolines produced from other origins due to the complexity and variability of gasoline composition. In this study, methods of multiple linear regression and artificial neural networks have been evaluated in the correlation and prediction of gasoline properties from information of composition obtained by gas chromatography, as well as a methodology for prediction of properties using a hybrid method composed of neural networks and group contribution. The developed model is evaluated and compared to other methods, revealing to be sufficiently promising for prediction of properties of pure components and complex mixtures. / As gasolinas comerciais sÃo normalmente produzidas a partir de combinaÃÃes de fraÃÃes oriundas da destilaÃÃo do petrÃleo ou de outros processos petroquÃmicos e de refino e realizadas de modo a atender uma variedade de especificaÃÃes legais e ambientais, com o mÃnimo de custo possÃvel. A qualidade para o uso e comercializaÃÃo de uma gasolina à avaliada atravÃs de certas caracterÃsticas especificadas por leis e normas governamentais. Estas caracterÃsticas sÃo normalmente determinadas por diferentes metodologias e tÃcnicas experimentais, haja vista que dependem dos seus constituintes e suas respectivas concentraÃÃes com uma complexidade bastante elevada, tornando a formulaÃÃo da gasolina originada em refinarias e petroquÃmicas, um procedimento muitas vezes bastante laborioso. O intuito de se predizer propriedades de derivados de petrÃleo a partir de dados de composiÃÃo à antigo e vem crescendo em importÃncia nos Ãltimos anos. MÃtodos de contribuiÃÃo de grupos tÃm sido utilizados ao longo das Ãltimas dÃcadas para predizer propriedades de compostos orgÃnicos puros e alguns parÃmetros de misturas (e.g., UNIFAC). Entretanto, a maior parte dos estudos mais recentes utiliza redes neurais artificiais como tÃcnica para prediÃÃo de propriedades de combustÃveis usando a composiÃÃo de grupos de compostos ou mesmo de compostos-chave como informaÃÃo de entrada. A principal vantagem de uma rede neural à sua capacidade de extrair informaÃÃes gerais e desconhecidas para certa sÃrie de dados (treinamento), fornecendo modelos de prediÃÃo Ãteis e rÃpidos tanto para sistemas lineares como nÃo-lineares. PorÃm, dada a complexidade e variabilidade dos constituintes das gasolinas, a utilizaÃÃo de redes neurais treinadas para modelar as propriedades destes combustÃveis produzidos a partir de uma dada combinaÃÃo de fraÃÃes petrolÃferas pode nÃo se adequar na prediÃÃo das caracterÃsticas de gasolinas obtidas a partir de uma outra origem. Neste estudo, mÃtodos de regressÃo linear mÃltipla e redes neurais artificiais foram avaliados na correlaÃÃo e prediÃÃo de propriedades de gasolinas a partir de informaÃÃes de composiÃÃo obtidas por cromatografia gasosa, como tambÃm foi desenvolvida uma metodologia de prediÃÃo de propriedades utilizando um mÃtodo hÃbrido de redes neurais e contribuiÃÃo de grupos. O modelo desenvolvido à avaliado e comparado aos demais, mostrando-se bastante promissor para prediÃÃo de propriedades de componentes puros e misturas mais complexas.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / à medida que o limite de miniaturizaÃÃo da eletrÃnica baseada no silÃcio aproxima-se do seu limite, alternativas em estado sÃlido devem ser investigadas na busca da diminuiÃÃo da escala de tamanho de dispositivos operacionais, ao mesmo tempo em que se deve considerar problemas de crescente interessse como dissipaÃÃo de calor e ruÃdo associado com a baixa dimensionalidade. Nesta busca, jà està claro que nanosistemas semicondutores de carbono sÃo candidatos de primeiro pelotÃo para comporem os blocos bÃsicos para dispositivos em escala atÃmica e molecular. Grafeno e nanotubos de carbono sÃo os sistemas mais estudados desta classe de estruturas que se estende por uma vasta coleÃÃo de sistemas. Estas nanoestruturas de carbono apresentam uma riqueza de propriedades fÃsicas e quÃmicas que se reflete no enorme nÃmero de artigos cientÃficos tendo esses sistemas como foco. Apesar de a ciÃncia das nanoestruturas de carbono ainda ter um longo caminho pela frente antes de alcanÃar as prateleiras das lojas depois de ter sido transformada em tecnologia, a comunidade cientÃfica tem caminhado rapidamente no sentido de entender e controlar tais sistemas de modo a diminuir esta distÃncia. Nesta tese nÃs realizamos um estudo teÃrico das propriedades eletrÃnicas e de transporte de um nÃmero de nanoestruturas de carbono, tais como nanosistemas toroidais e nanofitas de carbono de arranjo complexo. Nossos cÃlculos de estrutura eletrÃnica sÃo baseados em um modelo tight-binding que inclui um Hamiltoniano de Hubbard para descrever a influÃncia do spin sobre os estados eletrÃnicos. As propriedades de transporte eletrÃnico foram calculadas utilizando o formalismo de Landauer e o mÃtodo de funÃÃes de Green para determinar a transmitÃncia quÃntica em sistemas em nanoescala. Parte destes cÃlculos foram realizados com pacotes computacionais desenvolvidos especialmente para esta tese. Em particular, nÃs desenvolvemos uma extensÃo de um algorÃtmo eficiente para o cÃlculo de funÃÃo de Green em uma infraestrutura computacional em paralelo. Nanotoroides de carbono apresentam estrutura eletrÃnica especÃfica se comparados aos nanotubos de carbono, jà que sua geometria impÃe um grau suplementar de confinamento espacial. Como consequÃncia, condiÃÃes adicionais devem ser impostas à sua geometria para que a estrutura seja metÃlica. Aqui nos analizamos nanotoroides de carbono a partir de duas perspectivas diferentes: sistemas de dois terminais com um Ãngulo variÃvel entre os eletrodos e estruturas de mÃltiplos terminais. Esses sistemas possuem potencial para serem aplicados em nanoeletrÃnica graÃas à sua geometria particular que permite que a corrente flua atravÃs do sistema por diferentes caminhos eletrÃnicos. Isso resulta em propriedades de transporte interessantes, as quais sÃo ditadas por efeitos de interferÃncia eletrÃnica que variam com o Ãngulo entre os eletrodos e com os detalhes da estrutura atÃmica da junÃÃo nanotoroide-terminal. NÃs mostramos que a presenÃa de mÃltiplos terminais acrescenta novos aspectos ao transporte eletrÃnico destes toroides jà que o nÃmero de possibilidades para o fluxo eletrÃnico cresce rapidamente com o nÃmero de eletrodos. Observa-se que a condutÃncia à caracterizada por um conjunto de picos resonantes que sÃo relacionados com caminhos eletrÃnicos especÃficos. Estes resultados sÃo racionalizados em termos de uma sÃrie de regras para se determinar o caminho para a corrente elÃtrica como uma funÃÃo da energia do elÃtron incidente. Na segunda parte da tese, nÃs estudamos as propriedades fÃsicas de uma classe de fitas de carbono as quais nÃs chamamos de fitas sinuosas (ou simplesmente wiggles, em inglÃs). A estrutura atÃmica destas wiggles pode ser descrita por um conjunto reduzido de fatores jà que elas podem ser construÃdas utilizando-se fitas de carbono de borda reta como blocos bÃsicos. NÃs mostramos que essas wiggles de carbono apresentam um conjunto de propriedades eletrÃnicas e magnÃticas ainda mais amplo quando comparadas com os seus constituintes bÃsicos (fitas de carbono de borda reta). Isso à especialmente devido à formaÃÃo de domÃnios nas bordas, resultantes da sucessiva repetiÃÃo de setores de fitas retas paralelas e obliquas ao longo da direÃÃo periÃdica da wiggle. NÃs demonstramos que as wiggles de carbono apresentam mÃltiplos estados magnÃticos que podem ser explorados para se manipular as propriedades fÃsicas desses sistemas. Estes diferentes estados magnÃticos resultam em propriedades eletrÃnicas e de transporte distintas, de modo que a corrente eletrÃnica pode ser controlada pela escolha de valores especÃficos da energia do elÃtron incidente no sistema, assim do spin eletrÃnico e do estado magnÃtico da wiggle. Essas propriedades tornam as nanowiggles potenciais candidatas para novas aplicaÃÃes em nanodispositivos. Finalmente, nos esperamos que o trabalho apresentado nesta tese constitua uma importante contribuiÃÃo para a investigaÃÃo das propriedades fÃsicas de nanoestruturas de carbono. NÃs mostramos que nanotoroides e nanowiggles de carbono apresentam uma sÃrie de novas propriedades que podem tornar possÃvel o seu uso em nanoeletrÃnica. à medida que estudos experimentais em nanomateriais de carbono tÃm sido desenvolvidos a passos largos, nÃs projetamos que os resultados apresentados nesta tese se tornarÃo uma Ãtima oportunidade para se confrontar teoria e experimento na proposta de novos dispositivos em nanoescala com propriedades eletrÃnicas e de transporte especÃficas.

Submitted by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-16T17:01:54Z No. of bitstreams: 2 Naves, Emílio Santiago-2014-tese.pdf: 587232 bytes, checksum: 384bbcad6790ecde844af07f4c8deed9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-16T17:02:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Naves, Emílio Santiago-2014-tese.pdf: 587232 bytes, checksum: 384bbcad6790ecde844af07f4c8deed9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-16T17:02:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Naves, Emílio Santiago-2014-tese.pdf: 587232 bytes, checksum: 384bbcad6790ecde844af07f4c8deed9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-11-08 / This work presents results for the dynamic (hyper)polarizabilities of ozone, sulfur dioxide, nitrous oxide and carbon dioxide molecules, with inclusion of vibrational corrections. The electronic contributions for the properties of interest were computed analytically at the single and double coupled cluster level through response theory. Ozone and sulfur dioxide were studied separately. For both systems, contributions of connected triple excitations were also estimated by the multiplicative correction scheme. The vibrational corrections were calculated by the perturbation theoretical method (PT). The zero-point vibrational average correction, calculated only for ozone and sulfur dioxide, proved to be small. Results also show that the pure vibrational correction is relevant for the following nonlinear optical processes: dc-Pockels effect, intensity dependent refractive index, and dc-Kerr effect. For the ozone molecule the dc-second harmonic generation effect also had a significant pure vibrational correction. In addition, pure vibrational correction was calculated according to a variational methodology proposed by our research group (VAR) for the four systems, and the results were compared with the corresponding PT results. A comparison between PT and VAR results shows that ozone is the system most sensitive to the method, while sulfur dioxide and carbon dioxide are the most well behaved. / Neste trabalho são apresentados resultados para as (hiper)polarizabilidades dinâmicas das moléculas de ozônio, dióxido de enxofre, óxido nitroso e dióxido de carbono, com inclusão de correções vibracionais. As contribuições eletrônicas das propriedades de interesse foram computadas analiticamente através da teoria de resposta no nível coupled cluster com substituições simples e duplas. O ozônio e o dióxido de enxofre foram estudados separadamente. Para ambos os sistemas, as contribuições das substituições triplas conexas também foram estimadas através do esquema de correção multiplicativa. As correções vibracionais foram calculadas por meio dométodo de perturbação teórica (PT). A correção da média vibracional de ponto zero, calculada apenas para o ozônio e o dióxido de enxofre, revelou-se pequena. Os resultados também mostram que a correção vibracional pura é relevante para os seguintes processos ópticos não lineares: efeito dc-Pockels, índice de refração dependente da intensidade e efeito dc-Kerr. Para a molécula de ozônio o efeito de geração de segundo harmônico dc também teve uma correção vibracional pura significativa. Em adição, a correção vibracional pura foi calculada segundo uma metologia variacional proposta pelo nosso grupo de pesquisa (VAR) para os quatro sistemas, e os resultados foram comparados com os respectivos resultados PT. Uma comparação entre os resultados PT e VAR mostra que o ozônio é o sistema mais sensível ao método, ao passo que o dióxido de enxofre e o dióxido de carbono são os mais bem comportados.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-16T14:18:32Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPolimerosUnidimensionais.pdf: 2483791 bytes, checksum: a7fbb71790ae0287144e6d5ff71384f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-06-16T16:03:14Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPolimerosUnidimensionais.pdf: 2483791 bytes, checksum: a7fbb71790ae0287144e6d5ff71384f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T16:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPolimerosUnidimensionais.pdf: 2483791 bytes, checksum: a7fbb71790ae0287144e6d5ff71384f8 (MD5) Previous issue date: 2010 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / CVRD - Companhia Vale do Rio Doce / Neste trabalho é apresentado um estudo teórico da base neutro e bipolaron e estados excitados de moléculas a partir de polímeros isoeletrônicos compostos pelo Poliacetileno, Poliazina e Poliazoeteno. Os resultados obtidos, utilizando metodologia DFT e ab initio, revelam que uma boa descrição dos defeitos pode ser importante na investigação da transição isolante-metal de polímeros quase-unidimensional indicando um comportamento metálico em torno do nível de Fermi, como mecanismo de condutividade dos polímeros. Este resultado é consistente com dados experimentais e não faz menção a metodologia Su-Schrieffer-Heeger (SSH). E mais, os resultados são consistentes com características importantes como nanodispositivo e podem ser resumidos como: (i) poderia ser usado como retificador molecular uni-direcional com uma geometria conformacional com vantagem de pequeno acoplamento, (ii) a função de Green de não-equilíbrio presente na simulação poderia corrigir de tal maneira os Poliacetileno, Poliazina e Poliazoeteno sem corrente de porta, (iii) com base nas propriedades das ligações tipo, pode ser utilizada para projetar dispositivos com aplicações em eletrônica molecular. / In this work is presented a theoretical investigation of the neutral and bipolarononlike ground and excited states of molecules and polymers isoelectronic composed by Polyacetylene, Polyazine and Polyazoethene. The results obtained, utilizing DFT and ab initio methodologies, reveal that a very good defects description can be important in the investigation of insulator-metal transition of quasi-unidimensional polymers indicating metallic behavior around the Fermi level as mechanism of conductivity of polymers. This result is consistent with experimental data and do not anticipate by Su-Schrieffer-Heeger (SSH) methodology. These results are consistent with significant features as a nanodevice and can be summarized as: (i) it could be used as single directional molecular rectiffer with a conformational geometry with small lead coupling; (ii) our non-equilibrium green function simulation present that Polyacetylene, Polyazine and Polyazoethene could rectifield without gate current; (iii) based on properties of bonds type, it can be utilized to design devices with applications in molecular electronics.

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados. / Stainless steels account for steels with different in composition and microstructure. Thus, the corrosion behavior is consequently different. To assess this, steels with PREN ranging from 11% to 35% were analyzed by polarization curves. The main motivation of this work was the evaluation the behavior of each stainless steel via different techniques (electrochemical impedance spectroscopy and equivalent electrical circuit), as well as the use of the new technique of impedance maps, on the influence of PREN on the corrosion in 3.5% NaCl at 25C. From these curves, the pitting potential and corrosion current density were obtained. In addition, maps were used diagram electrochemical impedance to view the effect of the applied potential, from the cathodic potential up to the pitting potential of these steels. It can be observed that the modulus of impedance decays abruptly when pitting take place. Moreover, there is a change in the angle characteristic for frequencies in the order of 1 kHz. For two stainless steels, i.e,. UNS S30400 and UNS S31600, the diagrams of maps were used to monitoring the evolution parameters related to an electrical equivalent circuit for the applied potentials.