Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1377074 bytes, checksum: 9d0bcaa0daae6ad97072fe3a335f2cad (MD5) Previous issue date: 2007-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The quantum Hall effect (QHE) remains the target of an immense research effort twenty six years after its discovery. In fact this phenomenon has been a source of fundamental questions. Among the open problems in the field is the spatial distribution of the electric current in the quantum Hall effect. This question has been in debate since its discovery. Some experimental and theoretical results indicate the Hall current is distributed uniformly across the width of a Hall bar. Contradictorily, other results suggest the current flows mostly in a narrow region along the device s edges. Prominent works by Yahel et al. [PRL 76, 2149 (1996) and PRL 81, 5201 (1998)] shed new lights on the subject by using an experimental technique that came to known as inductive coupling . This method is based on the measurement of the nanovoltage signal induced by an alternating Hall current in a compact coil, carefully positioned above one edge of a Hall bar. It is perhaps the least invasive method available to study the current distribution in the QHE. It remained nonetheless a challenging experiment, as regards the positioning and making of the coil and the measurement of the minute induced voltage. We showed with calculations that it is possible to greatly simplify the aforementioned technique and make it more sensitive and useful by fabricating the coil on the chip containing the Hall bar. The concept was tested experimentally replacing the semiconductor Hall bar with a metal strip whose current distribution is known to be uniform from the electrodynamics. The voltage induced by the current in the metal strip in a nearby coil fits was measured. It fits in precisely, in magnitude and phase, with the values calculated. As our most important contribution, we found out that the presence of a two dimensional electron gas (2DEG), located 200 nm underneath the coil, increases the induced signal by thirty times. The magnitude and phase of the signal indicate it comes mostly from the current induced in the 2DEG by the alternating Hall current. This amplification effect renders a stronger signal with a sample containing a milimetric size Hall bar and a coil with ten turns, conveniently fabricated by simple optical lithography, than the signal measured by Yahel, using a ten times larger Hall bar and a handcrafted coil with 3,000 turns. We speculate that the effect of the 2DEG shall allow the use of our technique to map the current distribution in the QHE and also to study nanoscopic magnetic systems. / O efeito Hall quântico (EHQ) permanece como foco de um imenso esforço de pesquisa vinte e seis anos após sua descoberta. De fato este fenômeno tem levantado uma série de questões fundamentais. Entre os problemas em aberto nesse campo está a distribuição espacial de corrente elétrica durante o efeito Hall quântico. Esta questão tem sido continuamente debatida desde a sua descoberta. Alguns experimentos e modelos teóricos indicam que a corrente se distribui uniformemente pela largura da ponte Hall. Contraditoriamente, outros resultados sugerem que a corrente flui predominantemente nas bordas do dispositivo. Trabalhos importantes de Yahel et al. [PRL 76, 2149 (1996) e PRL 81, 5201 (1998)] trouxeram novas pistas sobre o assunto usando a técnica experimental que ficou conhecida como "acoplamento indutivo . O método é baseado na medida da tensão induzida (da ordem de dezenas de nanovolts) por uma corrente Hall alternada em uma bobina compacta, cuidadosamente posicionada acima de uma das bordas da ponte Hall. Ele é talvez o método menos invasivo disponível para estudar a distribuição de corrente no EHQ. Entretanto, trata-se de uma técnica experimentalmente desafiadora no que se refere ao posicionamento e a fabricação da bobina e a medida tênue da tensão induzida. Mostramos com cálculos que é possível simplificar grandemente a técnica mencionada e fazê-la mais sensível e útil fabricando a bobina no mesmo chip da ponte Hall. O conceito foi testado experimentalmente substituindo a ponte Hall semicondutora por uma tira metálica cuja distribuição de corrente é conhecida a priori da eletrodinâmica. Medimos a tensão induzida pela corrente na tira metálica na bobina vizinha. O resultado ajusta-se perfeitamente, em magnitude e fase, aos valores calculados. Como nossa contribuição mais importante, descobrimos que a presença de uma gás bidimensional de elétrons (2DEG), localizado a 200 nm abaixo da bobina, aumenta o sinal induzido por um fator de trinta. A magnitude e a fase do sinal indicam que ele tem origem na corrente induzida no 2DEG pela corrente Hall alternada. O efeito de amplificação fornece um sinal mais forte em uma amostra contendo uma ponte Hall com dimensão milimétrica e com uma bobina com dez voltas, convenientemente fabricada por litografia óptica, do que o sinal medido por Yahel, usando uma ponte Hall dez vezes maior e uma bobina manufaturada com 3000 voltas. Especulamos que o efeito do 2DEG poderá permitir que a nossa técnica seja usada para mapear a distribuição de corrente no EHQ e também no estudo de sistemas magnéticos com dimensões nanométricas.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1879397 bytes, checksum: c16c14d3a2ba0d1c37de13950124ee9d (MD5) Previous issue date: 2013-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the last decade, the growth of quantum dots has been studied with great interest in order to learn more about the basic physics of zero dimensional confinement and also due to their application in optoelectronic devices. The quantum dot energy levels can be controlled by changing the size, shape and material used, therefore its morphology plays an important role in determination of optical and electronic properties. In this study we used the molecular beam epitaxial technique (MBE) for producing CdMnTe quantum dots on silicon (111) substrates. To produce the samples, substrate temperature, growth time and manganese concentration were varied. The morphological and structural properties of the samples were analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM) at the Laboratório Nacional de Nanotecnologia and by x- ray diffraction using the XRD2 beam line of the Laboratório Nacional de Luz Síncrontron (LNLS), in Campinas. The results showed that the substrate temperature influences the size dispersion of the islands, the growth time changes the size and the quality and the concentration of manganese affects mainly the quality of the quantum dots. / Na última década, tem-se estudado com grande interesse o crescimento de pontos quânticos com o intuito de conhecer mais sobre a física básica do confinamento zero dimensional e também devido a sua aplicação em dispositivos óptico-eletrônicos. Os níveis de energia podem ser controlados mudando o tamanho, a forma e o material utilizado, sendo assim a morfologia do ponto quântico desempenha um papel importante na determinação das propriedades ópticas do material estudado. Neste trabalho foi utilizada a técnica de crescimento epitaxial por feixe molecular (MBE) para a produção de pontos quânticos do semicondutor magnético diluído CdMnTe sobre substratos de silício (111). Para a produção das amostras, foram variados a temperatura do substrato, o tempo de crescimento e concentração de manganês. As propriedades morfológicas e estruturais das amostras foram analisadas através de Microscopia de Força Atômica (AFM) no Laboratório Nacional de Nanotecnologia, e através de difração de raios-x utilizando a linha XRD2 do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas. Os resultados mostraram que a temperatura do substrato influencia na dispersão de tamanhos das ilhas, o tempo de crescimento altera o tamanho e a qualidade e a concentração de manganês influencia principalmente a qualidade dos pontos quânticos.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 8467218 bytes, checksum: 0211f4adc2950da48cc48666acfb1126 (MD5) Previous issue date: 2010-03-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study, we analyzed the effects of a uniform magnetic field on the electrodeposition of iron quasi-two-dimensional electrolytic cells. We used circular cells - with an outer ring anode and a central point cathode, and rectangular cells - with parallel line electrodes. When a voltage difference is applied between the electrodes of the electrolytic cell, we observed the formation of a ramified aggregate as result of the reduction of the metallic ions. It is believed that the process of mass transport (of ions) giving rise to the deposit is governed mainly by diffusion and migration. However, it has been shown by experiments that the convection in an ultra thin layer of electrolyte, could be driven by two different sources: Coulomb forces due to electrical charges located at the ends of branches, and by buoyancy forces due to concentration gradients that lead to density gradients. The application of a magnetic field induces forces that can changes these transport process. We found that when a magnetic field is applied parallel to the cell, the deposit show a branched structure different from that observed in the absence of it. In the case of low current density and 2D circular cells, the deposit loses its radial symmetry and grows in a centered rectangular symmetry at the cathode. For higher current density, a new radial symmetry break is observed; the deposit grows in the lozenge shape centered on the cathode. Viewed from the magnetic field direction, it was observed a predominant growth in the lozenge right side, resulting in a small asymmetry in the pattern; fact not observed in the rectangular pattern. In the rectangular cells, we found that when a magnetic field is applied to the growth direction and perpendicular to the electric current, the deposit show morphology different from that structure with slender filaments arranged parallel to each other observed in the absence of it. The field produces an interlacement of the branches of the aggregate that leads to a structure compound by a set of entangled filaments, with gaps as a regular network. Based on morphological transitions and the continuous monitoring of electrical current, we interpret the formation and selection of the patterns as result of the competition between the electric and magnetic forces. Beyond the directly interaction with the ions in motion through Lorentz force, the magnetic field also induces the magnetization of the deposit, which give rise magnetic dipolar forces in the system. The interplay of electric, dipolar and Lorentz forces with the movement of the free ions in solution and with the movement of liquid as a whole, limits the freedom of orientation that a new particle has to join the aggregate. Therefore, the morphology of the deposit is conditioned by the map of these forces in its neighborhood. / Neste trabalho, analisamos os efeitos de um campo magnético uniforme sobre a eletrodeposição de ferro em células eletrolíticas quase-bidimensionais. Foram utilizadas células com geometria circular - onde o ânodo é um anel externo e o cátodo um ponto central, e células com geometria retangular onde os eletrodos são dois fios paralelos colados sobre uma base. Quando é aplicada uma tensão entre os eletrodos da célula eletrolítica, observamos a formação de um agregado ramificado como resultado da redução dos íons metálicos da solução. Acredita-se que o processo de transporte de massa (dos íons) que dá origem ao depósito seja governado, sobretudo pela difusão e pela migração. Entretanto, tem sido demonstrado através de experimentos que a convecção, em uma camada ultra fina de eletrólito, poderia ser impulsionada por duas fontes diferentes: forças coulombianas devido a cargas elétricas localizadas nas extremidades das ramificações; e forças de empuxo resultantes de gradientes de concentração que levam a gradientes de densidade. Quando um campo magnético é aplicado, as forças induzidas provocam modificações no processo de transporte. Verificamos que quando um campo magnético é aplicado paralelamente ao plano da célula, o depósito passa a apresentar uma estrutura ramificada diferente daquela observada na ausência do mesmo. No caso de baixa densidade de corrente e células circulares 2D, o depósito perde sua simetria radial característica e cresce em uma simetria retangular centrada no cátodo. Para uma densidade de corrente maior, uma nova quebra de simetria é observada; o depósito cresce na forma de losango centrado no cátodo com um crescimento predominante no lado direito. Nas células retangulares, verificamos que a introdução do campo magnético, paralelo ao plano de crescimento e perpendicular direção da corrente elétrica, produz um entrelaçamento das ramificações do agregado. A estrutura, antes formada por filamentos delgados dispostos paralelamente uns aos outros, passa a apresentar um conjunto emaranhado de filamentos, com aberturas regulares como uma rede. Com base nas transições morfológicas observadas e no monitoramento continuo da corrente elétrica, interpretamos a formação e seleção dos padrões como resultado da competição entre as forças elétricas e magnéticas. O campo magnético, além de interagir diretamente com os íons em movimento, induz a magnetização do depósito, o que leva ao surgimento de forças magnéticas dipolares no sistema. A influência mútua das forças elétrica, dipolar e de Lorentz no movimento dos íons livres e no movimento do líquido como um todo, limita a liberdade de orientação que uma nova partícula tem ao se juntar ao agregado. Dessa maneira, a morfologia do depósito acaba sendo determinada pelo perfil dessas forças em sua vizinhança.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1333032 bytes, checksum: 5720bc6ef2b28326d1e36d524df0c987 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of the process of fracture in disordered materials is of huge importance in various fields of science and technology. Thus, several network models have been proposed to investigate the process of rupture of these materials, in particular, the random fuse model (RFM).The fuse model is the electrical analog to the mechanic model where the elastic force is represented by the electric current and the displacement is represented by voltage. In this work, our main objective was to experimentally study the influence of disorder in the rupture process of a random network of fuses. The experimental apparatus consisted of a square lattice of size L x L, in which the edges are fuses (copper wires). The network vertices were connected with copper wires (diameter 0.031 mm and resistivity ρ = 1.69 x 10-8 Ωm). This process generates an weakly disordered system. The disorder was introduced via a dilution of the network, where copper wires edges randomly removed from the network. The rupture process consisted of applying a potential difference on the network and measuring the corresponding current. After this process we obtain did information, such as the behavior of the was network as a function of the degree of disorder represented by the parameter p, and plot depending on the size L of the network, which were analyzed according to the percolation theory and fractures. Our results indicate that near the critical parameter pc, quantities such as the average number of burned fuses that form the percolation cluster, the average size of the percolation cluster and the average resistance of the network, obey power laws with critical exponents that are apparently not related to the exponents provided by the percolation theory. / O estudo do processo de fratura em materiais desordenados é de imensa importância em vários ramos da ciência e da tecnologia. Assim, vários modelos de rede foram propostos para investigar o processo de ruptura destes materiais, em particular, o modelo de fusível aleatório (RFM). O modelo de fusíveis é o análogo elétrico do modelo elástico onde a força é representada pela corrente elétrica e o deslocamento é representado pela tensão elétrica. Neste trabalho nosso principal objetivo foi estudar, experimentalmente, a influência da desordem no processo de ruptura de uma rede de fusíveis aleatórios. O aparato experimental consiste de uma rede quadrada de tamanho L x L, na qual os lados dos quadrados são os fusíveis (fios de cobre). A rede foi preenchida com fios de cobre (com diâmetro de com 0,031 mm e resistividade ρ = 1.69 x 10-8 Ωm). Este processo gera um sistema fracamente desordenado. A desordem na rede foi introduzida via processo de diluição, onde alguns fios de cobre foram aleatoriamente removidos da rede. O processo de ruptura consiste em aplicar uma diferença de potencial na rede e medir a respectiva corrente. Após este processo podemos obter informações, como gráficos em função do grau de desordem representada pelo parâmetro p e gráficos em função do tamanho L da rede, que foram analisados de acordo com a teoria de percolação e fraturas. Nossos resultados indicam que próximo do parâmetro crítico pc, algumas grandezas tais como: o número médio de fusíveis queimados e retirados que formam o agregado de percolação, o tamanho médio do agregado de percolação e a resistência média da rede, obedecem a uma lei de potência, com expoentes críticos que aparentemente não estão relacionados com os expoentes previstos na teoria da percolação por ligação.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1414332 bytes, checksum: 6e2f42018f3e3dcdf9e8cbccab567e7a (MD5) Previous issue date: 2006-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pattern, structure and emergent collective properties are ubiquitous in systems with many units (alive or inanimated) coupled through nonlinear interactions. Within this context, the study of cooperative phenomena in population dynamics of ecological interest has attracted the attention of the mathematicians and physicists since Lotka and Volterra in the 1920s. Thenceforth, in addition to differential equations, theoretical ecology has continuously incorporated powerful and well-established techniques of contacts processes, cellular automata models and others, developed in the fields of condensed matter physics, statistical physics and computational physics. In the present work, a predator-prey model with pursuit and escape triggered by alarm pheromones is proposed and studied through analytical methods and computer simulations. Such models can show oscillatory behavior of the population density, phase transitions that belong to distinct universality classes and rich stationary phase diagrams. Two distinct levels of description were used. In a first approach, we consider a model of cellular automata in which predators and preys walk on a square lattice, according specific rules for each species, in a homogeneous environment and with periodic boundary conditions. The second part of our study is based on the analysis of partial differential equations that also describes the dynamics of a prey-predator system with the same characteristics above. Both, spatially uniform or mean field like and explicit spatio-temporal partial differential equations were considered. These models can represent relevant tools to design better strategies of biological control of pests by predators. In successful cases, the pests and its predators must persist in stable interactions at a low level of pest density. / Padrões, estruturas, propriedades coletivas emergentes são ubíquas em sistemas com muitas unidades (vivas ou inanimadas) acopladas por meio de interações não-lineares. Dentro desse contexto, o estudo de fenômenos cooperativos em dinâmica de populações de interesse ecológico tem atraído a atenção de físicos e matemáticos desde os anos de 1920 com Lotka e Volterra. Portanto, além de equações diferenciais, a teoria ecológica tem continuamente incorporado poderosas e bem-estabelecidas técnicas dos processos de contatos, modelos de autômatos celulares e outros, desenvolvidos no campo de física da matéria condensada, física estatística e física computacional. No presente trabalho, um modelo presa-predador com perseguição e fuga mediada por um feromônio de alarme é proposto e estudado através de métodos analíticos e simulações computacionais. Tais modelos podem exibir comportamentos oscilatórios da densidade de população, transições de fases que pertencem a classes de universalidade distintas e um diagrama de fases rico. Duas abordagens distintas de descrição foram usadas. Numa primeira abordagem, propomos um modelo de Autômato Celular (AC) onde predadores e presas se movimentam, segundo regras específicas para cada espécie, num ambiente homogêneo e com condições de contorno periódicas. A outra parte do nosso estudo é baseado na análise de EDP s que também descrevem a dinâmica de um sistema presa-predador com as mesmas características citadas acima. É feito um estudo considerando as equações sem termos espaciais, isto é, tipo campo médio e depois considerando esses termos. Esses modelos podem representar ferramentas relevantes para o estudo das melhores estratégias para o controle biológico de pragas por predadores. Em casos bem sucedidos, as pestes e seus predadores devem persistir em interações estáveis e com uma baixa densidade da população de pragas.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Paulo Estevao Weber.pdf: 2778005 bytes, checksum: 18a0fa4b6212e96fa01862634c242aa3 (MD5) Previous issue date: 2007-07-20 / A feasible scheme for generating squeezed states of superposiçãao displaced in superconducting cavities is presented. The characteristics and properties, especially the non-classical, are studied by means of the Wigner function and Q parameter of Mandel. The probability of successful generation of such superposition are also considered. / Um esquema factível de geração de superposiçãao de estados comprimidos deslocados em cavidades supercondutoras é apresentado. As características e propriedades, em especial as não clássicas, são estudadas por meio da funcão de Wigner e parâmetro Q de Mandel. A probabilidade de sucesso de geracão de tal superposição também são consideradas.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:44:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese-RosivaldoXavierSilva.pdf: 12741226 bytes, checksum: 7bc7743bfa3e2f958b913f2d67969531 (MD5) Previous issue date: 2015-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The RE2CoMnO6 (RE = La e Y) and Gd(Co0.5Mn0.5)O3 samples were obtained via modified Pechini method (MPM). Raman spectroscopy (RS), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X ray powder diffraction, X ray photoelectron spectroscopy (XPS), SQUID and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the samples, investigate structural and microstructural evolution, as well as evaluate their vibrational, magnetic and intrinsic dielectric properties. The impact of synthesis conditions on the structural ordering was investigated. We obtained a good control of structural order depending on the annealing temperature for LCMO. We observed an increase in the saturation magnetization, lifetime of the phonons and dielectric constant while suppression of anti-site defects and reduction of dielectric loss. Our investigations on polar phonons by FTIR revealed the extrinsic character of CDC effect on LCMO and clarified the contributions of phonons for dielectric constant in these systems. The temperature dependence Raman spectra of GCMO was investigated between 40 and 300 K and revealed an intriguing spin-phonon coupling, characterized by an increase in the energy of the most intense stretching mode near the magnetic transítion. The correlation between the Raman data and the magnetization suggests that the structure influences the magnitude of the spin-phonon coupling. Correlated analysis of LCMO, GCMO and YCMO systems show that all samples have vibrational properties quite similar. The intrinsic dielectric constants were obtained from the polar phonons dispersive parameters ε intr ̴ 15.8, 17.9 and 16.0, making the contributions to this value explicit, as well as the quality factors, reciprocal of dielectric losses , 𝑄𝑢×𝑓 ≈ 124,74 e 83 THz, extrapolated to microwave region at 10 GHz, to LCMO, GCMO and YCMO, respectively. XPS measures showed that oxidation state for Co and Mn ions are similar each another, being mostly Co2 + and Mn4 + for all investigated systems, however to GCMO, the spin-phonon coupling behavior and losses relatively large indicate that this compound has a high level of structural disordering. / Amostras de RE2CoMnO6 (RE = La e Y) e Gd(Co0.5Mn0.5)O3 foram obtidas pelo método Pechini modificado (MPM). Espectroscopia Raman (RS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), magnetometria e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizados para caracterizar as amostras, investigar evolução estrutural e microestrutural bem como avaliar suas propriedades vibracionais, magnéticas e dielétricas intrínsecas. O efeito da temperatura de tratamento térmico sobre o ordenamento estrutural foi investigado. Um bom controle do ordenamento estrutural em função da temperatura de tratamento térmico para o La2CoMnO6 (LCMO) foi obtido. Observa-se um incremento da magnetização de saturação, aumento do tempo de vida dos fônons, supressão de defeitos de anti-sítio, redução de perdas dielétricas e incremento da constante dielétrica. A investigação dos fônons polares via FTIR revelaram o caráter extrínseco da constante dielétrica colossal (CDC) no LCMO e explicitou as contribuições dos fônons para a constante dielétrica nesses sistemas. A dependência dos espectros Raman com a temperatura do Gd(Co1/2Mn1/2)O3 (GCMO) foi investigada entre 40 e 300 K revelando um acoplamento spin-fônon, caracterizado pelo incremento na energia do modo de estiramento mais intenso próximo à transição magnética. A correlação entre os resultados obtidos pela espectroscopia Raman e a magnetização sugere que a ordem estrutural influencia a magnitude do acoplamento spin-fônon. Análise correlacionada dos sistemas LCMO, GCMO e YCMO, mostram que todas as amostras apresentam características vibracionais bastante semelhantes. A partir dos parâmetros de dispersão dos fônons polares foram obtidas as constantes dielétricas intrínsecas ε intr ̴ 15,8, 17,9 e 16,0, explicitando as contribuições dos fônons para esses valores, e o fator de qualidade, recíproco da perdas dielétricas, 𝑄𝑢×𝑓 ≈ 124,74 e 83 THz, extrapolado para a região de micro-ondas em 10 GHz, para o LCMO, GCMO e YCMO, respectivamente. Medidas de XPS mostraram que os estados de oxidação dos íons de Co e Mn são semelhantes entre si, e principalmente do tipo Co2+/ Mn4+ para todos os sistemas estudados, sendo que para o GCMO, o acoplamento spin-fônon e as perdas dielétricas relativamente maiores indicaram que esse sistema possui elevada desordem estrutural.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-31T14:30:36Z No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) Previous issue date: 2013-12-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O entendimento dos processos que envolvem a magnetização de ferromagnetos torna-se cada vez mais necessário frente às recentes aplicações tecnológicas em mídias magnéticas, cabeças de leitura e escrita e MRAMs. O estudo de nanofios magnéticos revela a presença de paredes de domínios do tipo vórtice ou transversal que podem ser transportadas para diferentes regiões sem deformação, tendo assim um grande potencial para aplicações tecnológicas. A manipulação da parede de domínio no nanofio é feita através da aplicação de campos magnéticos ou correntes de spin-polarizado. Controlar o movimento das paredes de domínio nos nanofios magnéticos é fundamental a sua aplicabilidade em tecnologias de memórias e dispositivos lógicos. Neste trabalho, usando simulações numéricas, apresentamos um estudo da dinâmica da parede de domínio transversal “head-to-head” em nanofios magnéticos de Permalloy-79. Em nossas simulações os nanofios são modelados por uma hamiltoniana que leva em consideração a interação de troca e a interação dipolar, e a dinâmica do sistema é regida pelas equações de Landau-Lifshitz-Gilbert. A parede de domínio se move sob a ação de pulsos de campo magnético aplicado na direção do eixo do nanofio. Desta forma, analisamos a influência da espessura e largura do nanofio e da amplitude de campo magnético no valor da velocidade da parede de domínio. Propomos a inclusão de uma impureza magnética pela alteração da constante de troca J para J0 entre o sítio com a impureza magnética e seus vizinhos. A impureza magnética pode se comportar como um sítio de aprisionamento da parede de domínio ou como um sítio de espalhamento, dependendo da variação da constante de troca J0 em relação ao seu valor de referência J. Este comportamento pode ser de grande interesse no controle da posição da parede de domínio. Estudamos o comportamento do potencial de interação entre a impureza e a parede de domínio. Variando-se a posição da impureza percebemos que a energia de interação aumenta quando ela se encontra próxima ao polo sul da parede de domínio transversal, favorecendo o aprisionamento ou a repulsão da parede. Observamos que a impureza magnética afeta a velocidade da parede de domínio. Realizamos um estudo sobre o campo magnético necessário para a liberação de uma parede de domínio que se encontra aprisionada em uma impureza magnética. Estabelecemos uma relação entre este campo magnético e a largura do nanofio. Observamos também que sob a aplicação de um pulso de campo magnético acima do campo de Walker, a parede de domínio pode inverter sua polaridade ao atingir a impureza e inverter o sentido de sua propagação. Nossos resultados mostram que uma potencial aplicação tecnológica em dispositivos de memória pode ser o uso de impurezas magnéticas inseridas litograficamente em nanofios magnéticos para o controle da posição das paredes de domínio. / The understanding of the processes involving the magnetization of ferromagnets becomes increasingly necessary in the face of recent technological applications in magnetic media, reading and writing heads and MRAMs. The study of magnetic nanowires reveals the presence of vortex domain walls or transverse domain walls that can be transported to different regions without deformation, generating a great potential for technological application. The domain wall manipulation in the nanowire is made by applying a magnetic field or spin-polarized current. Controlling the movement of domain walls in magnetic nanowires is fundamental to its applicability in memory technologies and logic devices. In this work, using numerical simulations, we present a study of the dynamics of the “head-to-head” transverse domain wall in magnetic nanowires made of Permalloy-79. In the simulations the nanowires are modeled by a Hamiltonian that takes into account the exchange interaction and dipolar interaction and the dynamics of the system is governed by Landau-Lifshitz-Gilbert equations. The domain wall moves under the influence of pulses of magnetic field. Thus, we analyzed the influence of the thickness and width of the nanowire and the amplitude of the magnetic field in the domain wall velocity. We propose the inclusion of a magnetic impurity by changing the exchange constant J to J0 between a site with impurity and its neighbors. The magnetic impurity can behave like a pinning or scattering site to the domain wall depending on the variation of the exchange constant J0 in relation to the value of reference J. This behavior can be of great interest to control the position of the domain wall. We studied the behavior of the interaction potential between impurity and domain wall. Varying the position of the impurity we observed that the interaction energy increases when it is near to the south pole of the domain wall favoring the pinning or scattering of the wall. We observed that the magnetic impurity affects the domain wall velocity. We performed a study of the magnetic field required for depinning the domain wall which is pinned to a magnetic impurity. We established a relation between the depinning magnetic field and the width of the nanowire. We also observed that under the influence of a pulse of magnetic field above the Walker field the domain wall can reverse its polarity when achieving attractive impurity and reverse the direction of propagation. We believe that a potential technological application in memory devices can be the use of magnetic impurities lithographically inserted in magnetic nanowires to control the positions of the domain walls.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-08T13:51:53Z No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-08T13:53:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-08T13:53:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / NiTi (nitinol) é uma liga com efeito memória de forma (EMF), o EMF é um termo utilizado para descrever a capacidade de certos materiais, depois de deformados plasticamente, voltarem às suas formas originais por aquecimento. Ligas com essa propriedade são empregadas em vários setores da indústria metalúrgica, que vão desde aeroespacial, eletrônica, construção, Robótica e Bioengenharia. Podem ser utilizadas em conectores, sensores, dispositivos de segurança e muitas outras aplicações. Este trabalho foi divido em duas partes: utilizando os parâmetros do potencial TBSMA, energia de coesão, parâmetros de rede em T=0K, para a fase B2 NiTi, retirados do trabalho do Liu e colaboradores, estudamos a formação de nano os com simulações via Dinâmica Molecular (DM) em duas fases especí cas da liga de NiTi: a fase de alta temperatura B2 cúbica (austenítica) e a fase de baixa temperatura B19 monocíclica (martensítica), alongando o sistema em diferentes direções cristalográ cas; ajustamos os parâmetros do potencial TB-SMA para a liga NiTi na fase B19', calculando (via método de Parrinello- Rahman) a variação do volume e da entalpia do sistema com a temperatura, obtendo a temperatura de fusão com ótima concordância com valor experimental e comprovando a e cácia do potencial utilizado. Apresentamos resultados das energias do estado fundamental e a estabilidade mecânica relativa as fases B2, B19, B19' e BCO, bem como as transições de fase ocorridas sob tensão mecânica e os parâmetros de rede para cada uma dessas fases. Vimos que é necessário uma tensão xz = 0.38 GPa para estabilizar a fase B19'. Também determinamos as constantes elásticas e os parâmetros elásticos macroscó- picos (módulos de bulk, limites de Reuss e Voigt) para a fase B19' de NiTi. Os resultados estão em ótima concordância com dados experimentais. / NiTi (Nitinol) is an alloy with shape memory e ect (SMA), the SMA is a term used to describe the ability of some materials after having been deformed plastically, back to its original shape by heating. Metallic materials that have this interesting property are employed in various sectors of the metallurgical industry, ranging from aerospace, electronics, construction, Robotics and Bioengineering. This type of material can be used in connectors, sensors, safety devices, and many other applications. This study was divided into two parts: using the parameters the potential TB-SMA, energy choesion, lattice parameters at T=0K, for the phase B2 NiTi, removed from Liu et al work, we studied the formation of nanowires with means molecular dynamics (MD) simulations at two speci c stages of NiTi alloy: a high-temperature phase B2 cubic (austenitic) and phase B19 monocyclic low temperature (martensite), extending the system in di erent crystallographic directions; adjust the TB-SMA potential parameters for the NiTi alloy in B19' phase, calculating (by method Parrinello-Rahman) the volume variation and the enthalpy of the system to temperature, obtaining the melting temperature with excellent agreement with experimental value and proving the e ectiveness of potential use. We present results of the energy of the ground state and the mechanical stability relative B2, B19, B19' and BCO phases, as well as phase transitions observed under mechanical tension and the network parameters for each of these phases. We saw that a voltage is necessary xz = 0.38 GPa to stabilize the B19' phase. Also determine the elastic constants and the macroscopic elastic parameters (bulk modules, limits Reuss and Voigt) for phase B19' of NiTi. The results are in excellent agreement with experimental data.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-07T14:31:23Z No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 9032611 bytes, checksum: 93776f55ce3ecc6dc5c2e6997dc1283a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:23:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 9032611 bytes, checksum: 93776f55ce3ecc6dc5c2e6997dc1283a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T13:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 9032611 bytes, checksum: 93776f55ce3ecc6dc5c2e6997dc1283a (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese estudamos a estrutura de bandas de fônons e a condutividade térmica de cristais fonônicos em temperaturas sub-Kelvin. O espectro fonônico de baixas frequências (até dezenas de GHz) foi obtido da solução da equação de onda generalizada através do método de Expansão em Ondas Planas. Os resultados para estruturas com periodicidade bidimensional da ordem de mícrons apresentam band gaps e faixas estreitas de transmissão. Este comportamento é interessante para o controle de vibrações mecânicas como em um filtro de frequências operando na frequência de GHz. A densidade de estados foi calculada com o objetivo de estudar problemas de transporte envolvendo materiais fonônicos. Além disso, calculamos a condutividade térmica cumulativa no regime de temperaturas de sub-Kelvin em micro cristais fonônicos visando possíveis aplicações em materiais termoelétricos. Esses cálculos se baseiam na teoria de transporte de Boltzmann a baixas temperaturas a fim de enfatizar o papel dos fônons de baixa frequência e negligenciar o espalhamento fônon-fônon. Em acordo com resultados recentes na literatura, mostramos que a condutividade térmica cumulativa das estruturas fonônicas cai acentuadamente em relação a suas matrizes (bulk). Dependendo da estrutura esta redução pode ser atribuída à velocidade de grupo dos fônons, à densidade de estados ou à presença de band gaps completos. / In this thesis we have studied the phononic band structure and the thermal conductivity of phononic crystals at sub-Kelvin temperatures. The low-frequency phonon spectra (up to tens of GHz) were obtained by solving the generalized wave equation with the Plane Wave Expansion method. The results for structures with two dimensional periodicity of the order of micrometers show the presence of GHz band gaps and narrow pass band. Such behavior is suitable for mechanical vibrations management like a GHz transversal phononic band pass filter. The phonon density of states was calculated aiming the study in transport problems involving phononic materials. Moreover, we have calculated the cumulative thermal conductivity at sub-Kelvin temperature regime of micro-phononic crystals aiming possible applications in thermoelectrics materials. The calculations were based in Boltzmann transport theory at low temperatures in order to highlight the role of low-frequency thermal phonons and to neglect phonon-phonon scattering. In accordance with recent results in the literature, our findings show that the cumulative thermal conductivity of the phononic crystals drops dramatically when compared with their bulk counterpart. Depending on the structural composition this reduction may be attributed to the phonon group velocity, the density of states or the presence of complete band gaps.