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Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Stanislav Moshkalev / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarceloMacchida_M.pdf: 6148337 bytes, checksum: d4ca724ac84a5417bdd4995685227913 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A nanotecnologia e uma área nova e promissora que englobam muitas disciplinas de ciência e engenharia. Seu rápido crescimento nas ultimas duas décadas é devido ao crescimento simultâneo na fabricação e caracterização de materiais em escala nanométrica. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma técnica de processo híbrido para a fabricação de micro e nanocontatos assim como sua caracterização elétrica. Esse processo híbrido combina a fotolitografia seguida da técnica de lift-off e a deposição de platina por FIB. Para determinar a resistividade da platina depositada por FIB (Focuded Ion Beam), foram fabricas estruturas quadradas variando sua espessura de 5 nm - 100 nm e sua área 150 µm 150 µm e 20 µm x 20 µm. Resistores com comprimento de 30 µm variando sua área de secção (50 nm x 50 nm - 1 µm x 1 µm) foram fabricados a fim de uma melhor na caracterização do processo de deposição do filme de Pt assim como sua caracterização elétrica. As medidas elétricas foram realizadas na estação Keythley 4200 SCS, onde foi utilizado o método de quatro pontas nas estruturas quadradas para a caracterização da resistividade. Nos resistores utilizamos a configuração de dois terminais para a caracterização de resistência dos nanocontatos. / Abstract: Nanoscale science and technology is a young and burgeoning field that encompasses nearly every discipline of science and engineering, the rapid growth of the field in the past decades has been enable by the sustained advances in the fabrication and characterization of materials. This work presents the hybrid process for fabrication of micro and nanocontacts, this process include the lift - off technique and platinum deposited by FIB. For measurements, two types of test structures were fabricated: (i) 150 x 150 µm and 20 x 20 µm squares with thickness of 5, 10, 30 and 100 nm, and (ii) 30 µm long resistors with variable cross - section (50 nm x 50 nm to 1 µm x 1 µm). The Pt film resistivity has been measured by a four points probe method. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T03:39:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaFilho_Adenirda_D.pdf: 7071967 bytes, checksum: 323c5d4f6939473d571146b5d6531fda (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta o uso de cavidades ressonantes baseadas em geometrias de bilhares caóticos construídas em meios semicondutores opticamente ativos, visando seu aproveitamento ao sensoriamento. Apesar do comportamento clássico caótico do estádio, a descrição quântica, no limite semiclássico, mostra inesperados acúmulos de densidade de probabilidade sobre muitas trajetórias periódicas fechadas, chamadas cicatrizes. A literatura mostra que o espaço físico das trajetórias relacionadas a cada cicatriz pode ser obtido pela soma da densidade de probabilidade de auto-estados na vizinhança de cada cicatriz. Classicamente, as trajetórias ligadas a cada auto-estado possuem órbitas muito próximas devido a sua instabilidade, e quando misturadas, definem uma órbita de largura não nula. No domínio óptico, isomórfico ao problema quântico descrito acima, as trajetórias vêm de um tratamento de traçado de raios e os auto-estados são os modos eletromagnéticos estacionários. Particularmente, no caso da cavidade dielétrica, o sistema é aberto, uma vez que a luz pode ser transmitida para fora do ressonador. Desta forma, há grande mistura dos modos e uma seleção maior daqueles que podem sobreviver por terem trajetórias com ângulos internos de incidência maiores que o ângulo crítico para reflexão total interna. Em uma trajetória fechada e curta, modos estacionários são definidos e essas trajetórias têm maior probabilidade de serem observadas, em relação a outras possíveis. Quando o ressonador é constituído por um meio ativo opticamente, este confinamento realiza a realimentação óptica do sistema, cujo ganho óptico permite o estabelecimento estável e coerente de tais trajetórias. Estes resultados inspiraram a realização deste trabalho, cuja grande motivação foi investigar o processo de seleção modal e aplicá-lo em dispositivos práticos para sensoriamento em pequenos volumes. Experimentalmente foi desenvolvida uma técnica híbrida de fabricação utilizando um sistema de íons focalizados (FIB) juntamente com técnicas de microfabricação convencionais para a produção de cavidades estádio com meio ativo de poços quânticos de InGaAsP. Finalmente, foram obtidos resultados da emissão espectral com grande concordância com a previsão teórica baseada numa abordagem matemática simples de soma incoerente de cicatrizes. A seleção modal foi demonstrada com a alteração da excentricidade e com a inserção de furos sobre as trajetórias. A aplicação ao sensoriamento foi explorada tanto pela observação do espectro de emissão quanto pela detecção de fotocorrente por estádios emissor e detector integrados. Variações de até 80% de fotocorrente e alterações significativas do espectro foram observadas para detecção de isopropanol e água. Estes resultados mostram possibilidades de sensoriamento prático utilizando os estádios / Abstract: This work presents the development of resonant cavities based on chaotic billiard geometries built with semiconductor active optical medium for sensing applications. In spite of the classically chaotic behavior of the stadium, the quantum description of the problem in the semi-classical limit shows unexpected accumulations of the density of probability on closed periodic paths called scars. The literature shows that the physical space of the paths related to a given scar can be obtained by adding several eigen-states neighboring each scar. Classically, the paths connected to each eigen-state have very close orbits due to their instability which, when mixed, define a non-zero width orbit. In the optical domain, isomorphic to the quantum problem described above, the paths are a result of the ray treatment and the eigen-modes are the stationary electromagnetic modes. Particularly, in the case of a dielectric cavity, the system is open for light can escape the resonator. Therefore, there is a great mixture of modes and a strong selection of modes with paths with incidence angle below the critical angle. In a closed and short path, stationary modes are defined and those paths have larger probability of observation. When the resonator has an optically active medium, the confinement provides optical feedback to the system which with optical gain allows the establishment of coherent and stable scars. These results inspired this work where the process of modal selection was investigated and applied for sensing in small volumes. Experimentally, a hybrid fabrication approach based on Focused Ion Beam (FIB) and conventional micro-fabrication techniques was used to produce stadium optical cavities with InGaAsP quantum well active region. Finally, we obtained the spectral emission of the devices with good agreement with our simulation based on a simple mathematical approach employing the incoherent summation of the scars. The modal selection with the modification of the eccentricity of the cavity and with the insertion of holes along the scars was demonstrated. The application to sensing was explored by the observation of the emission spectrum as well as by measured photo-current on detection between stadia emitter and detector integrated. Photo-current variations of up to 80% and significant changes of the emission spectrum were observed for isopropanol and water detection. These results show possibilities of practical sensing by stadiums / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Stanislav Moshkalev / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:11:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Turatti_LuizGustavo_D.pdf: 35255933 bytes, checksum: dbbe11c7c0f55012ba27274415c2494d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este é um trabalho multidisciplinar que aborda questões de química, física, engenharia elétrica (nanoengenharia) e principalmente avanços obtidos com simulações por computador. Os programas comumente utilizados para simulações de fótons/íons focalizados em outro material consomem recursos computacionais por diversas horas ou até dias, para concluir os cálculos de determinado experimento, como a simulação de um processo efetuado com o equipamento FIB/SEM (Focused Ion Beam/Scanning Electron Miscroscopy), por exemplo. Através do uso de ambientes computacionais virtualizados, associados a programação paralela em CPU (Central Processing Unit) e GPGPU (General Purpose Graphics Processing Unit) é possível reduzir significativamente o tempo da simulação de horas para minutos, em situações de interação de partículas, que envolvem aproximação de colisões binárias (BCA, Binary Collision Approximation) e o Método de Monte Carlo (MMC), principalmente. O uso de placas gráficas (comumente utilizadas para jogos) potencializou o poder de processamento numérico para uso acadêmico a baixo custo, reduzindo o tempo para obtenção de resultados que foram comprovados experimentalmente. A utilização de programas análogos que empregam BCA e MMC, tais como TRIM/SRIM (Transport of Ions in Matter, atualizado para Stopping and Range of Ions in Matter), MCML (Monte Carlo for Multi Layered media) e CUDAMCML (Compute Unified Device Architecture, MCML) auxiliam a comparação de ganho de desempenho entre CPU e GPGPU evidenciando o melhor desempenho desta última arquitetura, com CUDA. Em simulações equivalentes com matrizes esparsas executadas em CPU e GPGPU, a redução do tempo de processamento variou entre três e quinze mil vezes, respectivamente. Com o Método de Monte Carlo, a redução foi de até cento e quarenta e uma vezes para melhores resultados. As simulações de alto desempenho e baixo custo computacional permitem antever algumas situações experimentais, diminuindo a necessidade de explorar todas as possibilidades práticas e, dessa forma, reduzindo o custo com laboratório / Abstract: This is a multidisciplinary work that addresses issues of chemistry, physics, electrical engineering (Nanoengineering) and especially advances obtained with computer simulations. Programs commonly used for simulations of photons/ions focused onto other materials consume computational resources for several hours or even days, to complete the simulations of a process performed with the equipment FIB/SEM (Focused Ion Beam/Scanning Electron Miscroscopy), for example. Through virtualized computing environments associated with parallel programming on CPU (Central Processing Unit) and GPGPU (General Purpose Graphics Processing Unit) is possible to significantly reduce the simulation total time from hours to minutes in the interactions of particles, involving binary collision approximation (BCA) and Monte Carlo method (MMC), mostly. The use of graphics cards (generaly used for games) enhanced the numerical processing power to be used in academia with low cost and reduced the time to obtain results experimentally verified. The use of similar software using BCA and MMC, such as TRIM/SRIM (Transport of Ions in Matter, upgraded to Stopping and Range of Ions in Matter), MCML (Monte Carlo for Multi Layered media) and CUDAMCML (Compute Unified Device Architecture, MCML) helped us to make a comparison of performance between CPU and GPGPU showing the best performance of the latter architecture, with CUDA. In equivalent simulations using sparse matrices in CPU and GPGPU, the time reduction of processing varied between three and fifteen thousand times, respectively. With the Monte Carlo method, reduction was up to one hundred forty one times for best results. Simulations of high performance and low computational cost allow us to predict some experimental situations, reducing the need to explore all practical possibilities and thus, reducing the lab costs / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

[ES] El tratamiento de enfermedades neurológicas está muy limitado por la ineficiente penetración de los fármacos en el tejido cerebral dañado debido a la barrera hematoencefálica (BHE), lo que imposibilita mejorar la salud del paciente. La BHE es un mecanismo de protección natural para evitar la difusión de agentes potencialmente peligrosas para el sistema nervioso central. No obstante, la BHE se puede inhibir mediante ultrasonidos focalizados e inyección de microburbujas de forma segura, localizada y transitoria, una tecnología empleada mundialmente. La principal ventaja es su carácter no invasivo, siendo así muy atractiva y cómoda para el paciente. Normalmente, la zona cerebral enferma se trata en su parte central empleando un único foco. Sin embargo, enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson requieren un tratamiento sobre estructuras de geometría compleja y tamaño elevado, situadas en ambos hemisferios cerebrales. Por tanto, la tecnología actual está muy limitada al no cumplir dichos requisitos. Esta tesis doctoral tiene como objetivo el desarrollo de una técnica novedosa, basada en hologramas acústicos, para resolver las limitaciones presentes en los tratamientos neurológicos empleando ultrasonidos. Se estudian las lentes acústicas holográficas impresas en 3D, que acopladas a un transductor mono-elemento, permiten el control preciso del frente de onda ultrasónico tanto para (1) compensar las distorsiones que sufre el haz hasta alcanzar el cerebro, como (2) focalizarlo simultáneamente en regiones múltiples y de geometría compleja o formando de vórtices acústicos, proporcionando así efectividad en tiempo y coste. Por ello, la investigación desarrollada en esta tesis abre un camino prometedor en el campo de la biomedicina que permitirá mejorar los tratamientos neurológicos, además de aplicaciones en neuroestimulación o ablación térmica del tejido. / [CA] El tractament de malalties neurològiques està molt limitat per la ineficient penetració del fàrmac en el teixit cerebral danyat a causa de la barrera hematoencefàlica (BHE), i així no és possible una millora de salut del pacient. La BHE és un mecanisme de protecció natural per a evitar la difusió d'agents potencialment perillosos per al Sistema Nervios Central. No obstant això, aquesta barrera es pot inhibir mitjancant una tecnologia emprada mundialment basada en ultrasons focalitzats i injeccio de microbombolles. El principal avantatge és el seu caràcter no invasiu, sent així molt atractiva i còmoda per al pacient, i permet obrir la BHE de manera segura, localitzada i transitòria. Normalment, la zona cerebral malalta es tracta en la seua part central, emprant un unic focus. No obstant això, malalties com l'Alzheimer o el Parkinson requereixen un tractament al llarg d'estructures de geometria complexa i grandària elevada, situades en tots dos hemisferis cerebrals. Per tant, la tecnologia actual està fortament limitada al no complir amb aquests requeriments. Aquesta tesi doctoral està enfocada a investigar i desenvolupar una tècnica nova, basada en hologrames acústics, per a solucionar les limitacions presents en els tractaments neurològics. Una lent acústica holograca de baix cost impresa en 3D acoblada a un transductor d'element simple permet el control precs del front d'ona ultrasònic punt per a (1) compensar les distorsions que pateix el feix en el seu camí cap al cervell, i (2) focalització simultània del feix en regions multiples i de geometria complexa, proporcionant aix un tractament efectiu en temps i cost. Per això, la investigació desenvolupada en aquesta tesi demostra la possibilitat de realitzar qualsevol tractament neurològic, a més d'aplicacions en la neuroestimulació o l'ablació tèrmica dins del camp biomèdic. / [EN] Treatments for neurological diseases are strongly limited by the inefficient penetration of therapeutic drugs into the diseased brain due to the blood-brain barrier (BBB), and therefore no health improvement can be achieved. In fact, the BBB is a protection mechanism of the human body to avoid the diffusion of potentially dangerous agents into the central nervous system. Nevertheless, this barrier can be successfully inhibited by using a worldwide spread technology based on microbubble-enhanced focused ultrasound. Its main advantage is its non-invasive nature, thus defining a patient-friendly clinical procedure that allows to disrupt the BBB in a safe, local and transient manner. Conventionally, the diseased brain structure has been targeted in its center, with a single focus. However, Alzheimer's or Parkinson's Diseases do require that ultrasound is delivered to entire, complex-geometry and large-volume structures located at both hemispheres of the brain. Therefore, current technology presents several limitations as it does not fulfill these requirements. This doctoral thesis aims to develop a novel technique based on using focused ultrasound acoustic holograms to solve the existing limitations to treat neurological diseases. In this dissertation, we study 3D-printed holographic acoustic lenses coupled to a single-element transducer that allow to accurately control the acoustic wavefront to both (1) compensate distortions suffered by the beam in its path to the brain, and (2) simultaneous focusing in multiple and complex-geometry structures or acoustic vortex generation, providing a time- and cost- efficient procedure. Therefore, the research carried out throughout this thesis opens a promising path in the biomedical field to improve the treatment for neurological diseases, neurostimulation or tissue ablation applications. / Acknowledgments to the Spanish institution Generalitat Valenciana, which funding grant allowed me to develop this doctoral thesis, and as well funded my research stay at Columbia University. The development of the entire thesis was supported through grant Nª. ACIF/2017/045. Particularly, the research carried out in Chapter 3 and Chapter 4 was possible thanks to and supported through grant BEFPI/2019/075. Action co-financied by the Agència Valenciana de la Innovació through grant INNVAL10/19/016 and by the European Union through the Programa Operativo del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) of the Comunitat Valenciana 2014-2020 (IDIFEDER/2018/022). / Jiménez Gambín, S. (2021). Transcranial Ultrasound Holograms for the Blood-Brain Barrier Opening [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171373