Femtosecond laser has been an essential tool for nonlinear optics and materials processing at micrometer scale, in which chalcogenide and heavy metal oxide glasses have received special attention not only for their high third-order optical nonlinearities but also due to their transparency up to the infrared regions. Although metallic nanoparticles are expected to improve the optical properties of glasses, there are no enough experimental researches about their influence on the nonlinear refractive index (n2) and nonlinear absorption coefficient (&#946), moreover at femtosecond regime. Based on the scientific and technological interests on highly nonlinear glasses, the goal of this thesis was to apply femtosecond laser pulses in two main domains: (i) at the basis of fundamental science, to study the effect of metallic nanoparticles in the third-order nonlinear optical properties of glasses; and (ii) at the field of applied science, aiming the development of photonic devices, performed by the fabrication of 3D optical waveguides containing metallic nanoparticles. This aim was achieved through the techniques of z-scan and femtosecond laser micromachining, which provided the nonlinear optical characterization and waveguides development, respectively. First, we analyzed the third-order nonlinear optical properties of the GeO2-Bi2O3 glass containing gold nanoparticles, which promoted saturation of the absorption in the region of the surface plasmon resonance band. On the other hand, these gold nanoparticles did not affect the n2 that kept constant in the wavelength range of 480 - 1500 nm. The same features were investigated for a Pb2P2O7-WO3 matrix doped with copper nanoparticles. In contrast to the gold doped ones, these samples showed a slight enhancement of the nonlinear refractive index when the energy of the excitation approaches the surface plasmon band. We also found out that the Pb2P2O7-WO3 matrix is a good host to grow silver nanoparticles by fs-laser micromachining. Similarly, copper nanoparticles were produced in a borosilicate glass using single-step laser processing. The explanation for metallic nanoparticle formation is addressed in this thesis, as well as, its application in waveguides. Thus, we demonstrated the functionality of optical waveguides containing Cu0 or Ag0 nanoparticles. Still based on the technological interests on glasses doped with nanoparticles, we showed a single-step synthesis of silver sulfide nanoparticles in chalcogenide glass, which was carried in partnership with researches at Princeton University. The materials investigated in this PhD work are of great importance for photonics, in which the synthesis of nanoparticles, fabrication of waveguides and nonlinear optical characterization have been performed. / O laser de femtossegundos tem sido uma ferramenta essencial tanto para a óptica não-linear quanto para o processamento de materiais na escala micrométrica, na qual os vidros calcogenetos e óxidos de metais pesados têm recebido atenção especial, não apenas pelas suas elevadas não-linearidades ópticas de terceira ordem, mas também devido à sua transparência até o infravermelho. Embora seja esperado que nanopartículas metálicas melhorem as propriedades ópticas dos vidros, não existe investigações experimentais suficientes sobre a sua influência no índice de refração não linear (n2) e no coeficiente de absorção linear (&#946), sobretudo no regime de femtossegundos. Com base nos interesses científicos e tecnológicos de vidros altamente não-lineares, o objetivo deste trabalho foi aplicar pulsos laser de femtossegundos em dois domínios principais: (i) na campo da ciência fundamental, para estudar o efeito de nanopartículas metálicas nas propriedades ópticas não lineares de terceira ordem destes materiais; e (ii) no domínio da ciência aplicada, visando o desenvolvimento de dispositivos fotônicos, realizado pelo fabricação de guias de onda tridimensionais contendo nanopartículas metálicas. Este objetivo foi alcançado através das técnicas de varredura-z e microfabricação com laser de femtossegundos, que proporcionaram a caracterização óptica não-linear e o desenvolvimento de guias de onda, respectivamente. Primeiramente, foram investigadas as propriedades ópticas não-lineares de terceira ordem do vidro GeO2-Bi2O3 contendo nanopartículas de ouro, as quais promoveram saturação da absorção na região da banda de ressonância de plásmon. Por outro lado, essas nanopartículas não afetaram o n2, que se manteve constante no intervalo de comprimento de onda 480 - 1500 nm. As mesmas características foram investigadas para uma matriz Pb2P2O7-WO3 dopada com nanopartículas de cobre. Em contraste com os vidros dopados com ouro, estas amostras apresentaram um ligeiro aumento do índice de refração não linear quando a energia de excitação está próxima da banda de ressonância de plásmon. Observou-se ainda que a matriz Pb2P2O7-WO3 é ideal para a obtenção de nanopartículas de prata através da microfabricação com laser de femtossegundos. Similarmente, nanopartículas de cobre foram produzidas em vidro de borosilicato usando somente uma varredura a laser. A explicação para a formação de nanopartículas metálicas é abordada nesta tese, bem como sua aplicação em guias de onda. Deste modo, demonstrou-se a funcionalidade de guias de onda ópticos compostos por nanopartículas de Cu0 e Ag0. Ainda com base nos interesses tecnológicos em vidros dopados com nanopartículas, demonstrou-se uma síntese de nanopartículas de sulfeto de prata em vidro calcogeneto usando o processamento de única etapa, realizada em parceria com pesquisadores da Universidade de Princeton. Os materiais investigados neste trabalho de doutorado são de grande importância para aplicações em fotônica, em que a síntese de nanopartículas, a fabricação de guias de onda e a caracterização óptica não-linear foram realizadas.

Materiais vítreos com propriedades similares às do cristal germanato de bismuto de composição Bi4Ge3O12, material cintilador que possui estrutura do tipo eulitita, são de interesse devido as suas propriedades luminescentes, que os tornam promissores para aplicação como dispositivos ópticos. Vidros do sistema GeO2-Bi2O3 (BGO) também tem sido tema de inúmeras pesquisas por combinarem um típico formador vítreo (GeO2) a um formador condicional composto intermediário (Bi2O3), o que os proporciona características estruturais únicas, resultantes da mudança de coordenação dos átomos de germânio (fenômeno de anomalia do germânio) e também dos átomos de bismuto. Neste trabalho, estudou-se a influência da adição de CeO2, comumente conhecido como agente oxidante, nas propriedades físico-químicas de vidros de germanato de bismuto do sistema [100-x].[(1-y)GeO2-yBi2O3]:xCeO2 (para x = 0,2 ou 1 e y = 0,2 ou 0,3 % em mol), preparados pelo método de fusão e moldagem. O escurecimento inomogêneo das amostras, associado à termoredução do íon Bi3+, foi evitado com a adição de céria, que se mostrou um modificador da estrutura local dos vidros, mesmo para uma dopagem de 0,2 % em mol. Foi observada, pela primeira vez, a cristalização da fase de estrutura eulitita cintiladora induzida pela presença de Ag na superfície do vidro de composição 99,8[0,8GeO2- 0,2Bi2O3 ]:0,2CeO2 % em mol, referido pela sigla 80BGO:0,2Ce, abaixo da temperatura de transição vítrea (Tg). A difusão de Ag no vidro é condição necessária para que o fenômeno da cristalização aconteça, uma vez que esse elemento pode ser considerado um efetivo agente nucleante para a fase cintiladora. A cristalização induzida é favorecida pela tensão gerada na interface cristal/vidro, devido a uma diferença de volume molar entre essas duas fases, o que permite que o fenômeno da cristalização seja observado em temperturas inferiores à Tg. / Glassy materials with similar properties to those of the bismuth-germanate crystal in the composition of Bi4Ge3O12, a scintillator material with the eulytite structure, are of interest due to their luminescent properties that makes them promising materials to application as optical devices. Glasses from the system GeO2-Bi2O3 (BGO) has also being subjects of numerous studies, by combining a typical glass former oxide (GeO2) with the conditional one intermediate compound (Bi2O3). The presence of these two oxide compounds in the glass composition provides them a unique structural characteristic resulting from the coordination changes of germanium atoms (germanium anomaly phenomenon) and also of the bismuth atoms. In the present work, it was studied the influence of CeO2 addition, commonly known as an oxidant agent, in the physical-chemical properties of the bismuth-germanate glasses up to the system [100-x].[(1-y)GeO2-yBi2O3 ]:xCeO2 (for x = 0.2 or 1 and y = 0.2 or 0.3 mol %), prepared by the melting/molding method. The inhomogeneous darkening of the samples, associated to the thermal reduction of the Bi3+ ions, was avoided by the ceria addition that acts as a local modifier of the glass structure even for concentrations of 0.2 mol %. It was observed, by the first time, the crystallization of the eulytite scintillator phase, induced by the presence of Ag in the surface of the glass in the 99[0.8GeO2- 0.2Bi2O3 ]:0.2CeO2 mol % composition, referred to as 80BGO:0.2Ce, below the glass transition temperature (Tg). The Ag diffusion into the glass is a necessary condition to the crystallization phenomenon since this element can be considered as an effective nucleating agent to the scintillator phase. The crystallization is favored by the tension generated in the crystal/glass interface, due to a difference in molar volume of these two phases, allowing that the crystallization phenomenon be observed at temperatures below Tg.

The aim of this study was to evaluate the effect of replacing CaO by ZnO, MgO and SrO on a standard bioglass composition SiO2.CaO.Na2O.P2O5 on their thermal behavior and surface reactivity. The analyses showed that the substitution did not directly affect the events of mass loss. However, the reduction in Tg, was linear with oxide concentration. MgO strongly contributed to Tg reduction while SrO and ZnO had similar behavior. The simultaneous addition of all three oxides showed an antagonistic effect on the Tg. The crystallization temperature did not vary linearly with increasing concentration of oxides, once different crystalline phases were observed for each concentration and kind of oxides. The dissolution and precipitation processes did not show a direct dependence on the CaO substitution, being influenced by other variables. The dissolution process happened with the release of SiO4 4-, Zn2+ and Sr2+, but not Mg2+. At the same time, Ca2+, Mg2+ and PO4 3- were precipitated on the surfaces generating calcium phosphate layers rich in Mg2+ and CO3 2- with similar morphologies. / O objetivo neste trabalho foi avaliar o efeito da substituição do CaO por ZnO, MgO e SrO em um biovidro padrão de composição SiO2.CaO.Na2O.P2O5 sobre seu comportamento térmico e reatividade de superfície. As análises demonstraram que a substituição não afetou diretamente os eventos de perda de massa. No entanto, a redução da Tg foi linear com o aumento da concentração dos óxidos. O MgO foi aquele que mais contribuiu para a redução da Tg enquanto o SrO e ZnO tiveram um comportamento similar ao do próprio CaO. Ao contrário, a inclusão simultânea dos três óxidos apresentou um efeito antagonístico em relação a Tg. A temperatura de cristalização não variou linearmente com o aumento da concentração de óxidos, uma vez que fases cristalinas distintas foram observadas para cada concentração e tipo de óxido. Os processos de dissolução e precipitação não apresentaram uma dependência direta da substituição, sendo influenciados por outras variáveis. A dissolução aconteceu com a liberação de SiO4 4-, Zn2+ e Sr2+, exceto Mg2+. Ao mesmo tempo Ca2+, Mg2+ e PO4 3- foram precipitados sobre os biovidros produzindo camadas de fosfato de cálcio ricas em Mg2+ e CO3 2-, com morfologias similares.

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T01:53:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FernandezChillcce_Enver_D.pdf: 7309346 bytes, checksum: be836197654a767d0622dc9b2349506e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Sistemas de transmissão de informação de grande capacidade, isto é, em termos de velocidade e transmissão de informação por longas distâncias, na área das comunicações ópticas demanda a fabricação de amplificadores de grande largura de banda. Logo, há necessidade de fabricar dispositivos com estas características. Dispositivos amplificadores baseados em vidros teluritos se enquadram dentro deste grupo de amplificadores de grande largura de banda e estes poderiam resolver este tipo de demanda. Nas últimas décadas muitas pesquisas voltaram-se ao desenvolvimento de amplificadores baseados em vidros teluritos e a caracterização deste tipo de materiais é importante hoje em dia. Neste trabalho apresenta-se primeiramente a caracterização estrutural, térmica, mecânica e óptica dos vidros teluritos devido à influência de composição dos constituintes TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5. Logo a partir de vidros com composições adequadas, conseguiu-se fabricar tubos e barras com a finalidade de construir as pré-formas das fibras dos vidros teluritos. Apresentam-se métodos inéditos de sucção e centrifugação para a fabricação de barras e tubos de vidros teluritos. São demonstrados pela primeira vez os processos de fabricação das fibras ópticas convencionais (casca-núcleo) e fotônicas (micro-estruturas) dopadas com íons de Er 3+ e co-dopadas com íons de Tm3+ . Reportamos medidas de largura de banda de emissão, obtidas a partir dos espectros de emissão espontânea amplificada (ASE). Conseguimos mostrar uma largura de banda de emissão de 187nm usando uma fibra óptica dopada com 7500ppm de Er2O3 e co-dopada com 5000ppm de Tm2O3, a qual representa um dos maiores valores já reportadas até o momento. Foram realizadas medidas experimentais de tempo de vida do nível 4I13/2 dos íons de Er3+, usando lasers de bombeio de 790 (400mW) e 980nm (120mW), para fibras dopadas com íons de Er3+ e co-dopadas com diversas concentrações dos íons de Tm3+. Medidas da eficiência quântica de probabilidade de transição radiativa são demonstradas a partir de medidas do tempo de vida experimental e tempo de vida calculado, este último usando a teoria de Judd-Ofelt. O estudo do processo de transferência de energia (TE1) entre os níveis de 4I13/2 e 3F4 é realizado com a finalidade de analisar a eficiência quântica de amplificação em 1550nm / Abstract: In optical communications, high capacity information transmission systems demand broadband optical amplifiers. Therefore, it has become increasingly necessary to manufacture devices with such characteristics. Optical amplifier devices based on Tellurite glasses are ideal for manufacturing broadband optical amplifiers. In the last few decades, most researchers have focused on developing amplifiers based on Telluirte glass. As a consequence, Tellurite glass characterization is essential nowadays. In this work, we will report the structural, thermal, mechanical and optical characterization of tellurite glass as a function of TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5 composition. From an optimum composition Tellurite glass, it was possible to fabricate tubes and rods for optical fiber pre-forms. Moreover, the novel methods of suction and centrifugation used to fabricate Tellurite glass tubes and rods are shown. For the first time we are reporting the fabrication of conventional core-clad and photonic Tellurite optical fibers with an Er3+-Tm3+ co-doped core. Also, we will report bandwidth measurements from amplified spontaneous emission (ASE) spectra. We have shown a 187nm (the highest broadband value reported) using a 7500ppm Er2O3- 5000ppm Tm2O3 co-doped tellurite optical fiber. In addition, measurements of 4I13/2 level lifetimes for Er3+ - doped tellurite optical fibers and Er3+ -Tm3+ co-doped tellurite optical fibers were taken using 790nm (420mW) and 980nm (120mW) pump lasers. We report the quantum efficiency measurements of radiative transition probability obtained from calculated and measured lifetimes. The calculated lifetime was obtained using the Judd-Ofelt teory. Finally, the study of energy transfer (ET) processes between 4I13/2 and 3F4 levels was carried out in order to observe the amplification quantum efficiency around 1550nm band / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Prof. Dr. Alejandro Andrés Zúñiga Páez / Coorientador: Prof. Dr. Roberto Gomes de Aguiar Veiga / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Santo André, 2018. / Vidros metálicos (VM) apresentam propriedades mecânicas únicas devido a sua estrutura desordenada (amorfa). Adicionalmente, compósitos de matriz de vidro metálico com nanocristais (fase dispersa) podem apresentar um mecanismo de deformação plástica diferente em relação à dos vidros metálicos monolíticos. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico em compressão de compósitos de matriz de VM de Cu¿Zr¿Al contendo nanocristais de diferentes composições e tamanhos usando simulação de dinâmica molecular. Primeiramente, uma caixa de simulação de VM com 6.750.000 átomos, de composição Cu45Zr45Al10 foi produzida pelo método de têmpera. Posteriormente, esta caixa foi usada como matriz para produzir compósitos com as seguintes populações de nanocristais: a) 75 nanocristais de CuZr de 4 nm de diâmetro, b) 1 nanocristal de CuZr de 17 nm de diâmetro, e c) 1 nanocristal de Cu de 17 nm de diâmetro (fração volumétrica ?xada em 2%). Finalmente, todas as amostras (com e sem nanocristais) foram deformadas em compressão com uma taxa de deformação de 108 s-1. As curvas de tensão-deformação mostraram que todas as amostras atingiram a tensão máxima em ~5% de deformação; porém com valores variando entre 2,15 e 2,8 GPa. Observou-se que a variação da tensão máxima atingida dependeu principalmente de dois fatores: da existência de mecanismos de deformação plástica no interior da partícula e do processo de nucleação de bandas de cisalhamento na interfase matriz/nanocristal. Também foi verifcado que uma maior área de interfase matriz/nanocristal gerou uma maior quantidade de bandas de cisalhamento. Adicionalmente, observou-se que a concentração do poliedro icosaédrico (0,0,12,0,0) centrado no átomo de Cu diminuiu em função da deformação e que a região da banda de cisalhamento possuía uma menor concentração de poliedros icosaédricos em relação às demais regiões do vidro metálico. Já as análises do campo de deslocamento atômico mostraram que as regiões centrais das bandas de cisalhamento estavam formadas por vórtices, e que as margens das bandas estavam caracterizadas por movimentações atômicas lineares. Finalmente, a presença de nanocristais in?uenciou o padrão do ?uxo plástico e a estrutura dos vórtices no material. / Metallic glasses exhibit unique mechanical properties due their disordered structure (amorphous). Moreover, glassy-matrix composites with embedded nanocrystals can modify the dynamics of shear banding (plastic deformation mechanism) in relation to the one observed in monolithic metallic glasses. The objective of this work was to study the mechanical behavior in compression of amorphous Cu¿Zr¿Al composites containing nanocrystals of diferent compositions and sizes using molecular dynamics simulation. First, a metallic glass simulation box with 6,750,000 atoms and composition Cu45Zr45Al10 was produced by the quenching method. Afterwards, this box was used as matrix to produce composites with the following populations of nanocrystals: a) 75 CuZr nanocrystals of 4 nm in diameter, b) 1 CuZr nanocrystal of 17 nm in diameter, and c) 1 Cu nanocrystal of 17 nm in diameter (volume fraction set at 2%). Finally, all samples (with and without nanocrystals) were deformed in compression at a strain rate of 108 s-1. The stress-strain curves showed that all samples reached a maximum stress at ~5% strain; but with values varying between 2.15 to 2.8 GPa. It was observed that the maximum stress reached depended mainly on two factors: the existence of plastic deformation inside the nanoparticles and the nucleation of shear bands at the matrix/nanocrystal interface. It was also verifed that a larger area of matrix-nanocrystal interface generated a larger number of shear bands. In addition, it was observed that the concentration of icosahedral polyhedra (0,0,12,0,0) centered in Cu atoms decreased as a function of strain, and that the shear band had a lower concentration of icosahedral polyhedra in relation to other regions of the metallic glass. The analysis of the atomic feld displacement showed that the central regions of the shear bands were formed by vortices, and the margins of the bands were characterized by linear atomic movements. Finally, the presence of nanocrystals infuenced the plastic fow pattern and the structure of the vortices in the material.

O presente estudo teve por objetivo avaliar o efeito de um biomaterial vitrocerâmico (Biosilicato®) no desempenho clínico de restaurações posteriores em resina composta. 92 cavidades Classe I e Classe II com lesão de cárie (no terço meio da dentina) foram selecionadas e distribuídas aleatoriamente em quatro grupos segundo o protocolo adesivo: 1- Biosilicato / sistema adesivo convencional de dois passos, 2- Controle / sistema adesivo convencional de dois passos, 3- Biosilicato / sistema adesivo autocondicionante de dois passos e 4- Controle / sistema adesivo autocondicionante de dois passos. Dois operadores realizaram os protocolos adesivos e restauraram as cavidades com uma resina composta nanohíbrida (IPS Empress, Ivoclar) usando a técnica incremental. Os participantes foram remarcados após uma semana, 6, 12 e 18 meses para avaliação clínica realizada por dois examinadores, cegados e calibrados de acordo com os critérios FDI. Os dados foram analisados com o teste não paramétrico de Kruskal-Wallis e o teste de Dunn de comparação múltipla, com nível de significância de 5%. Os resultados revelaram que não houve diferença estatisticamente significante (p > 0.05) entre os grupos experimentais e os respectivos controles em nenhuma avaliação, entretanto, houve diferença estatisticamente significativa (p < 0.05) entre os grupos controles (2 x 4) para o critério forma anatômica (1 semana) e adaptação marginal (18 meses). O grupo 2 foi estatisticamente diferente do grupo 3 (p < 0.05), para o critério fratura do material/retenção (18 meses) e adaptação marginal (1 semana), onde o grupo 2 apresentou melhor desempenho. O uso do Biosilicato no protocolo restaurador de dentina afetada por cárie não alterou o desempenho clinico de restaurações em resina composta no período de 18 meses de acompanhamento. A associação entre o sistema adesivo autocondicionante de dois passos e o Biosilicato gerou desempenho clínico inferior, comparado ao sistema adesivo convencional (controle), em termos de adaptação marginal e fratura do material/retenção. / The aim of this study was to evaluate the effect of a bioactive glass-ceramic (Biosilicate®) on clinical performance of posterior resin composite restorations. A total of 92 restorations in Class I and Class II cavities with carious lesion (medium third of dentin) were selected and assigned randomly into four groups according to the adhesive protocol used: 1- Biosilicate / Two-step etch and rinse system, 2- Control / Two-step etch and rinse system, 3- Biosilicate / Two-step self-etching system and 4- Control / Two-step self-etching system). Two operators carried out the adhesive protocols and restored the cavities with a nano-hybrid resin composite (IPS Empress, Ivoclar) using the incremental technique. Participants were recalled at one week, 6, 12 and 18 months for clinical evaluation performed by two blinded examiners and calibrated according to FDI criteria. Data were analyzed using Krusall-Wallis non-parametric test and multiple comparison Dunn test with a significance level of 5%. Results showed no statistical difference (p > 0.05) between the experimental groups and their respective controls; however, there were statistical difference between control groups (2 x 4) (p < 0.05) for anatomical form (1 week) and marginal adaptation (18 months). Group 2 was statistically different from Group 3 (p < 0.05), for fracture of material/retention (18 months) and marginal adaptation category (1 week), where Group 2 showed the better performance. The use of Biosilicate, in a restorative protocol for caries-affected dentin, did not alter the clinical performance of posterior resin composite restorations. The association between Biosilicate and two-step self-etching adhesive system showed an inferior clinical performance, compared to the conventional adhesive system (control), in terms of marginal adaptation and fracture of material/retention.

O vidro com composição 2Na2O1CaO3SiO2, sofre nucleação cristalina homogênea em temperaturas entre 450 e 560oC. Os núcleos, essencialmente esféricos, supostamente tem a mesma composição da matriz vítrea. Em amostras amorfas, parcialmente cristalizadas e policristalinas foram feitas medidas de densidade, difratometria de raios-X, analise térmica por calorimetria exploratória de varredura (DSC), medidas ultrasônicas pelo método do pulso-eco, espectroscopias de absorção ótica, infravermelha e Raman. A densidade do vidro é de 2,66 g/cm3 e para amostra policristalina a densidade aumenta para 2,76 g/cm3. O aumento da densidade com o grau de cristalinidade é a causa do aumento das velocidades de propagação de ondas elásticas longitudinal e transversal, e do aumento do numero e da intensidade dos picos nos difratogramas de raios-X. Das medidas de DSC determinamos que a temperatura de transição vítrea ocorre em torno de 40 °C, e calculamos uma entalpia de ativação para a transição vítrea de 78 kcal/mol. Espectros de absorção ótica de amostras com Cr3+ apresentaram o efeito de anti-ressonância Fano, e pequeno deslocamento da banda 4T2 , para energias maiores com o aumento do grau de cristalinidade e em temperaturas baixas (~ 20 K). A partir dos níveis isoenergéticos 2E e 2T1 calculamos o parâmetro de Racah B = 690 cm-1 e a intensidade do campo ligante ? = 10 Dq = 14 840 cm-1. Junto com Cr3+ ocorre o Cr6+ na forma do íon cromato, CrO42-, cujas bandas de absorção estão próximas do ultravioleta, e é responsável pelo efeito Raman pré-ressonante observado. O espectro Raman do vidro é constituído de bandas assimétricas acima de 550 cm-1, e foram decompostas em seis bandas gaussianas. As bandas de maior freqüência foram tentativamente atribuídas à vibrações de tetraedros de sílica com 1 a 4 oxigênios não-ponteantes. Dos espectros Raman reduzidos concluímos que o pico de boson é devido à vibrações dos fônons térmicos o a freqüência da radiação espalhada. Algumas características dos espectros de absorção de amostras com Cr3+ e dos resultados de medidas ultrasônicas foram atribuídas à possível ocorrência de microtensão ou microfissuras na região da interface núcleo-vidro. / Glass with composition 2Na2O1CaO3SiO2, undergoes homogeneous crystal nucleation between 450 and 56OoC. The nuclei are essentially spherical and presumable have the same composition as the glass matrix. Measuriments of density, X-ray diffraction, thermal analysis by differential scanning calorimetry (DSC), ultrasonics by pulse-echo method, optical absorption, infrared and Raman spectroscopy were performed in amorphous, partially crystallized and polycrystalline samples. The density of the glass is 2,66 g/cm3 and 2,76 g/cm3 that of the polycrystalline sample. The increase in density with the degree of crystallinity is the cause of the increasing propagation velocities of longitudinal and transversal elastic waves, and of the increasing peak number and intensities in the X-ray diffractograms. From DSC measurements we determine that the glass transition temperature is about 470o C, and the activation enthalpy for the glass transition was calculated to be 78 kcal/mol. Absorption spectra of Cr3+ containing samples shows the anti-resonance Fano effect, and small displacement of the 4T2 band to higher energies with increasing degree of crystallinity and at lower temperatures (~20 K). From the isoenergetic levels 2E and 2T1 we calculate the Racah parameter B = 690 cm-1 and the ligand field intensity ? = 10 Dq = 14 840 cm-1. Together with Cr3+ occurs Cr6+ as cromate ion, CrO4-2 with absorption bands are near the ultraviolet, and is responsible for the observed pre-resonant Raman effect. The Raman spectrum of the glass is composed of asimetric bands in frequencies above 550 cm-1, which we decompose in six Gaussian shaped bands. The four bands of higher frequencies were tentativily assigned to stretching vibration bond Si-O of silica tetraedra with 1 to 4 non-bridging oxigens. From reduced Raman spectra we concluded that the boson peak is due to thermal phonon vibrations and to the scattered radiation frequency. Some features of absorption spectra of Cr3+ containing glasses and of ultrasonic measurements were assigned to the possible occurence of microtensions or microcracks in the nucleous-glass interf ace region.

Neste trabalho consideramos um processo de Markov a tempo contínuo com espaço de estados finito em um meio aleatório, a saber, a dinâmica de Metropolis para o Modelo de Energia Aleatória Generalizado (GREM) com um número de níveis finito e discutimos o comportamento do seu tempo de chegada ao equilíbrio, o qual é dado pelo inverso da lacuna espectral de sua matriz de probabilidades de transição. No principal resultado desta tese provamos que o quociente entre o volume do sistema e o logaritmo do inverso da lacuna é quase sempre limitado, por cima, por uma função da temperatura, que também é a que descreve a energia livre do GREM sob o regime de temperaturas baixas. Como um estudo adicional, também é discutido um correspondente limitante inferior em um caso particular do GREM com 2 níveis. / In this work we consider a finite state continuous-time Markov process in a random environment, namely, the Metropolis dynamics for the Generalized Random Energy Model (GREM) with a finite number of levels, and we discuss the behavior of its reaching time to equilibrium which is given by inverse of the spectral gap of its transition probability matrix. On the main result of this thesis, we prove the division between the system volume and the logarithm of the inverse of the gap is almost surely upper bounded by a function of the temperature that it is also the function that describe the free energy of the GREM at low temperature. As an additional study, it is also discuss the corresponding limiting lower in a particular case of the 2-level GREM.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-06-15T11:35:12Z No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-09-03T16:06:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-03T16:06:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Vidros transparentes do sistema vítreo 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3–xCuO contendo nanopartículas de cobre foi preparado com sucesso pelo método convencional de fusão – resfriamento dos materiais precursores, utilizando a rota redox do óxido de antimônio. Esta técnica de preparação de vidros permite a produção de nanopartículas metálicas durante a fusão dos materiais, através da reação de oxidação Sb3+ → Sb5+ + 2e-, que permite a redução de íons metálicos. A investigação estrutural foi realizada por calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia UV-visível evidenciaram a formação de clusters de nanopartículas de cobre cúbicas, distribuídas aleatoriamente em meio a matriz vítrea. A eficácia dos efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre promoveu a intensificação da fluorescência dos íons érbio. A interação da radiação excitante e amostra levou ao processo de excitação térmica, promovendo o aumento da população de níveis de energia específicos dos íons érbio, com consequente resposta óptica, evidenciada pela estrutura vibrônica presente no espectro de fluorescência dos vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre dopados com íons érbio. Além disso, os efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre na intensificação das emissões no infravermelho e conversão ascendente nos vidros de teluritos co-dopados com íons Yb3+/Ce3+/Er3+ sob excitação em 980 nm também foram investigados. As contribuições dos íons Yb3+ e Ce3+ também foram discutidas. A eficiência da ressonância do plasmon de superfície localizado (LSPR) das nanopartículas de cobre promoveu um melhoramento de cerca de 47% da emissão em 1550 nm dos íons Er3+. Além disso, o tempo de decaimento da transição Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 aumentou em cerca de 50% na amostra contendo nanopartículas de cobre. Finalmente, os vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre apresentaram resultados interessantes quando utilizados como substratos para obtenção de espectros Raman intensificados por superfície (espectros SERS), sendo obtidos satisfatoriamente espectros SERS para soluções de 2,2’-bipiridina 1,0 × 10-5 mol.L-1 e do corante azul do Nilo 1,0 × 10-7 mol.L-1. / Transparent 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3-xCuO glassy system containing copper nanoparticles were successfully prepared by the conventional melt quenching method of starting materials, using the antimony oxide redox route. This technique allows the production of metallic nanoparticles during melting, through the reaction Sb3+ → Sb5++ 2e-, which leads to the reduction of metallic ions. The structural investigation was carried out by differential scanning calorimetry (DSC), X ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Transmission electron microscopy image (TEM) and UV-visible spectroscopy evidenced the formation of cubic copper nanoparticles, randomly embedded in the glassy matrix. The effectiveness of the plasmonic effects of the copper nanoparticles provided the enhancement of the fluorescence of the erbium ions. The interaction between excitant radiation and sample led to the thermal excitation, which increased the population of specific energy levels of erbium ions, with consequent optical response into vibronic structure, as can be seen in the erbium-doped tellurite glasses containing copper nanoparticles. Furthermore, the plasmonic effects of the copper nanoparticles on the enhancement of the infrared and upconversion emissions intensities in the Er3+/Yb3+/Ce3+ co-doped transparent tellurite glasses under 980 nm laser diode excitation were investigated. The roles of Yb3+ and Ce3+ as sensitizers are also discussed. The effectiveness of localized surface plasmon resonance (LSPR) of the copper nanoparticles provided an improvement about 47% of the 1550 nm luminescence intensity of the Er3+ ions. Moreover, the lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition increased around 50 % in the copper nanoparticle containing samples. Finally, the tellurite glasses containing copper nanoparticles showed interesting results as substrates for obtainment of surface enhanced Raman spectra (SERS spectra) and SERS spectra were satisfactorily obtained for 2,2'-bipyridine 1.0 × 10 -5 mol.L-1 and Nile blue dye 1.0 × 10-7 mol.L-1 solutions.

Ce travail de thèse est consacré à la rationalisation de verres de tellure, au fort potentiel applicatif. Les résultats ont été obtenus en utilisant la dynamique moléculaire ab initio et le calcul de paramètres RMN sur différents noyaux. Pour valider nos modèles de verres, les résultats théoriques sont comparés aux données expérimentales disponibles, comme les facteurs de structure neutroniques ou des rayons X, ainsi que les spectres RMN du solide. La première partie décrit les méthodes théoriques employées, tandis que les deux chapitres qui suivent se concentrent sur l’utilisation du formalisme GIPAW pour le calcul des paramètres RMN du 73Ge et du 125Te sur des systèmes cristallins et/ou moléculaires. Dans le cas du 125Te, nous avons calibré une fonction linéaire qui relie l’écrantage isotrope calculé au déplacement chimique isotrope. Pour le 73Ge, nous avons pris en compte des effets thermiques pour obtenir des paramètres RMN moyens, en considérant plusieurs configurations extraites d’une dynamique moléculaire à 300 K. La partie suivante est une étude structurale du verre GeTe4, où l’impact de la taille des cellules modélisées et de la fonctionnelle utilisée, ont été analysés. Une confrontation des facteurs de structure théoriques avec ceux obtenus expérimentalement, permet la description de la première sphère de coordination des tellures et des germaniums. La comparaison des spectres RMN expérimentaux et théoriques du 125Te ne vient pas infirmer ces résultats. Les cinquième et sixième chapitres portent sur l’étude des systèmes ternaires Ge-Te-Se et Ge-Ga-Te. La validation de nos modèles par la RMN des 77Se, 125Te, 69Ga et 71Ga, et par les facteurs de structure, nous a permis de caractériser le rôle du sélénium ou du gallium sur la structuration de ces verres. Le dernier chapitre est consacré à l’étude de verre de chalcohalogénures du système binaire Te-Cl. La RMN du solide, les méthodes de diffractions de neutrons et des rayons X, combinées à des calculs ab initio ont permis de faire évoluer les précédents modèles structuraux proposés. / This thesis is devoted to the rationalisation of telluride glasses, with a high applicative potential. Results have been obtained using ab initio molecular dynamics and NMR parameters calculations on different nuclei. In order to validate our glasses models, theoretical results have been compared to available experimental data, as neutron or X-rays scattering structure factors or NMR spectra. The first part describes theoretical methods employed, whereas the two next chapters focus on the use of GIPAW formalism to obtain NMR parameters of 73Ge and 125Te, on crystalline and/or molecular systems. In the case of 125Te, we calibrated a linear function that relates calculated isotropic shielding and isotropic chemical shift. For the 73Ge, we took into account thermal effect to get averaged NMR parameters, by considering several configurations taken from a 300 K molecular dynamics. The next part is a structural study of amorphous GeTe4, where the impact of the size of simulated cells and the functional used, has been analysed. A comparison of theoretical and experimental structure factors, allowed a description of germanium and tellurium first coordination sphere. The comparison of experimental and theoretical 125Te NMR spectra did not disprove these results. Fifth and sixth parts deal with glasses of ternary systems Ge-Se-Te and Ge-Ga-Te. The validation of our models with 77Se, 125Te, 69Ga and 71Ga NMR and structure factors, permitted us to characterize the role of selenium or gallium on glasses structures. Last chapter is dedicated to chalcohalide glasses from the binary system Te-Cl. Solid state NMR, X-rays and neutron diffraction, combined with ab initio calculations, let us make changes in previews suggested structural models.