Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-07-02T15:34:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesEstruturaisEletrônicas.pdf: 907678 bytes, checksum: 496415e6cb78f4f64b35664e736dbfce (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-07-17T18:35:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesEstruturaisEletrônicas.pdf: 907678 bytes, checksum: 496415e6cb78f4f64b35664e736dbfce (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-17T18:35:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesEstruturaisEletrônicas.pdf: 907678 bytes, checksum: 496415e6cb78f4f64b35664e736dbfce (MD5) Previous issue date: 2014 / Nesta tese, utilizando métodos baseados na teoria funcional da densidade, investigamos as propriedades estruturais e eletrônicas do nitreto de boro hexagonal depositado sobre nitreto de boro cúbico hidrogenado. Além disso, aplicamos pressão uniaxial sobre estes materiais e verificamos como propriedades estruturais e eletrônicas seriam afetadas. Vimos que a simples deposição não afeta sua estrutura eletrônica e, assim, o nitreto de boro hexagonal pode até servir como uma camada protetora em situações em que a interação com espécies químicas do ambiente possa afetar as propriedades de transporte das superfícies. Mas, com a aplicação de uma pressão uniaxial na interface de nitreto de boro cúbico com o nitreto de boro hexagonal, sua estrutura eletrônica pode ser afetada, alterando suas propriedades de transporte, podendo, inclusive, tornar a interface semicondutora. Vimos, também, que a morfologia da superfície de nitreto boro cúbico hidrogenada (que pode ser terminada em B-H ou N-H) tem um forte efeito de propriedades eletrônicas da superfície de nitreto de boro cúbico, o que, por sua vez, afeta as propriedades eletrônicas e estruturais da interface nitreto de boro cúbico/nitreto de boro hexagonal. _________________________________________________________________________ / ABSTRACT: In this thesis, using methods based on density functional theory, we investigate the structural and electronic properties of hexagonal boron nitride deposited on hydrogenated cubic boron nitride. In addition, uniaxial pressure applied on these materials and we note how structural and electronic properties would be affected. We have seen that the simple deposition does not affect its electronic structure and thus the hexagonal boron nitride can even serve as a protective layer in situations where interaction with chemical species of the environment may affect the transport properties of surfaces. But, by applying a uniaxial pressure in cubic boron nitride interface with the hexagonal boron nitride, their electronic structure can be affected by changing its transport properties and can even make semiconductor interface. We have seen, too, that the surface morphology of cubic boron nitride hydrogenated (which can be completed in B-H or N-H) has a strong effect of surface electronic properties of cubic Boron Nitride, which in turn affects the electronic and structural properties of Boron Nitride interface of hexagonal boron cubic-nitride.

Orientador: Omar Teschke / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-28T23:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CeottoFilho_Gino_D.pdf: 1626951 bytes, checksum: b7ed3ebcf46a2288f18eec3101056974 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Quando imersas em água, muitas superfícies apresentam-se carregadas eletricamente. Por isso, durante o processo de geração de imagens por microscopia de força atômica em meio aquoso, forças de natureza repulsiva e atrativa entre o tip e a amostra são detectadas. Nas últimas décadas, as forças repulsivas têm sido atribuídas às interações eletrostáticas, enquanto as interações atrativas, às forças de van der Waals. Neste trabalho são descritos estudos de espectroscopia de força (curvas de força em função da distância) entre tips de microscópio de força atômica e substratos carregados eletricamente, imersos em meio líquido. Em função dos resultados obtidos, formulou-se um modelo denominado 'força de troca dielétrica¿ (FTD) que explica o comportamento das curvas na interface sólido/líquido, com base na hipótese de que a força que age sobre o tip, nessa região, decorre da troca de 'constantes dielétricas¿ (ou permissividades elétricas) entre o tip e o sistema líquido. Em água, o tip de nitreto de silício (Si3 N4), com permissividade elétrica eTip= 7,4, ao aproximar-se da interface carregada ¿ região denominada 'dupla camada elétrica¿, com permissividade elétrica eDC ¿ substitui uma parte da água equivalente ao seu volume. Essa troca responde pela repulsão observada longe da interface (iniciando a ~100 nm, camada difusa, onde eDC » 80), seguida por uma atração quando o tip imerge nas camadas mais internas (£10 nm). A presença de substrato carregado determina a reorientação dipolar das moléculas de água, a qual, por sua vez, vem ser a causa da baixa permissividade elétrica nas imediações da interface. Suportes para o modelo proposto foram obtidos pela imersão de tips metálicos (eTip » ¥) em água, quando um único componente atrativo foi observado, e pela imersão de tips de Si3N4 em formamida e DMSO, situação em que somente uma contribuição repulsiva foi detectada. O modelo recebeu confirmação adicional ao se observar que os tips de Si3N4 sofreram atração ao penetrarem nas bicamadas de uma substância surfatante (eS » 2 - 6). Comparado a uma teoria que vem sendo sistematicamente empregada para explicar as interações entre superfícies ¿ a teoria DLVO ¿ o modelo de FTD mostrou-se mais adequado aos resultados experimentais. Esse modelo foi empregado na identificação da intensidade da força a ser aplicada a amostras frágeis, em processos de geração de imagens por microscopia de força atômica, em meio líquido / Abstract: When immersed in water, several surfaces are electrically charged. Therefore, repulsive and attractive forces between the tip and the sample are detected during image generation by atomic force microscopy in aqueous medium. In the last decades repulsive forces have been attributed to electrostatic interactions, while attractive forces have been ascribed to van der Waals forces. In this research, force spectroscopy studies (force versus distance curves) are described between atomic force microscope tips and electrically charged mica immersed in aqueous medium. From the data obtained, a was formulated, model named 'dielectric exchange force¿ which explains the behavior of the curves in the solid/liquid interface based on the hypothesis that the force acting on the tip in this region arises from the 'dielectric constants¿ (or dielectric permittivities) exchanges between the tip and the liquid system. In water, when the silicon nitride (Si3N4) tip, with electrical permittivity eTip = 7.4, approaches the charged interface (region named 'electric double layer¿, with electric permittivity eDC), it replaces a portion of the water corresponding to its volume. This exchange accounts for the repulsion observed far from the interface (starting at ~100 nm, diffuse layer, where eDC» 80), followed by an attraction when the tip immerses in the inner layers (£ 10 nm). The presence of a charged mica determines dipolar orientation of the water molecules, which in turn is the source of the low electric permittivity in the interface neighborhood. Support for the model proposed was given by immersion of metallic coated tips (eTip » ¥) in water, when a single attractive component was observed, and by immersion of Si3N4tips in formamide and DMSO, where only a repulsive component was detected. The model was further confirmed by the observation that the Si3N4 tips underwent attraction when penetrating the bilayers of a surfactant substance (eS » 2 - 6). When compared to a theory that has been systematically used to explain interactions between surfaces ¿ DLVO theory ¿, the FTD model was more adequate to explain the experimental results. This model was used to identify the magnitude of the force to be applied to fragile samples, in images generation by atomic force microscopy in aqueous medium / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Eliermes Arraes de Meneses / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-01T15:17:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Laureto_Edson_D.pdf: 1405302 bytes, checksum: c968370a0a1573efd8fecf84d420629c (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:44:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_BrunoCury_D.pdf: 12321037 bytes, checksum: 83e565ea9fa63c5cf0f9f7a0fb7be452 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho serão apresentados os principais resultados obtidos peloautor no decorrer de seu doutorado. Os sistemas estudados eram compostos por grafite, grafeno, antimônio e interfaces de grafite/silício. Uma das partes do trabalho consistiu no estudo de efeitos de desordem estrutural sobre oscilações quânticas em grafite. O estudo revelou que a mosaicidade da grafite estudada, largamente utilizada para se determinar a qualidade de amostras de grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), não apresenta correlação com a amplitude das oscilações quânticas no material. Ao invés disso, os experimentos mostraram uma clara correlação entre a rugosidade superficial, a mobilidade eletrônica média e a amplitude do efeito de Haas van Alphen no material. Os resultados indicam que deformações da superfície da grafite afetam fortemente a mobilidade eletrônica do material (reduzindo a amplitude de oscilações quânticas) sem reduzir sua anisotropia. No trabalho, também é discutida a possibilidade de que as oscilações quânticas em grafite estejam relacionadas com a existência de interfaces bem definidas na estrutura interna do material. Também foram estudadas propriedades de transporte elétrico interplanar em grafite no limite ultraquântico. Medidas de magnetorresistência interplanar para campos magnéticos de até 60 T acusaram a ocorrência de uma região de magnetorresistência positiva seguida de magnetorresistência negativa (MRN) para campos magnéticos suficientemente altos. O efeito persistia até temperatura ambiente. Ele é explicado considerando-se o tunelamento de férmions de Dirac entre níveis fundamentais de Landau de planos de grafeno adjacentes dentro da grafite. A região de MRN é mais pronunciada em grafites com menor mosaicidade, o que sugere que o alargamento de níveis de Landau seja responsável pela magnetorresistência positiva observada nas medidas ao longo do eixo c da grafite. Além disso, experimentos de magnetorresistência interplanar com campos magnéticos orientados paralelamente à direção dos planos da grafite apresentaram indícios de que o material se torna mais tridimensional com a redução da temperatura. Os resultados sugerem que a integral de overlap interplanar em grafite possui valor ?1 < 7 meV. Esse valor é muito inferior àqueles reportados na literatura considerando-se o modelo mais bem aceito para grafite, segundo o qual ?1 ? 380 meV. Nesta tese também são apresentados resultados inéditos obtidos pelo autor relacionados a efeito Hall quântico em grafeno crescido epitaxial mente sobre substratos de carbeto de silício, efeitos de desordem estrutural sobre as propriedades de transporte elétrico basal da grafite, supercondutividade em heteroestruturas de grafite e silício e supercondutividade em compósitos de antimônio-ouro / Abstract: In this thesis, experimental results obtained by the author during his PhD will be presented. The work consisted on the study of electrical and magnetic properties of Dirac semimetals and related heterostructures. Namely: graphite, graphene, graphite/silicon interfaces and antimony. Part of the work about graphite consisted on the study of the effects of structural disorder on the quantum oscillations in the material. Experimental results in the literature widely regard the mosaic spread in graphite as a good disorder parameter. However, in the present work, we report that the mosaicity of graphite samples does not correlate with their quantum oscillations¿ amplitude. Experiments have revealed a clear relation of surface roughness to the electronic mobility and the amplitude of the deHaas van Alphen effect in the material. The possibility that quantum oscillations in graphite are affected by the presence of sharp interfaces within its stacking structure is also discussed. We have also studied out-of-plane magnetoresistance properties in ultraquantum graphite. Experiments performed at magnetic fields B//c up to 60 T have shown the occurrence of positive c-axis magnetoresistance followed by a region of negative magnetoresistance (NMR). The NMR persists up to room temperature and has been explained in terms of the tunneling of electrons between zero-energy Landau levels of adjacent graphitic layers. The NMR is more evident in samples with low mosaicity, suggesting the positive c-axis magnetoresistance is induced by means of broadening of LL¿s by disorder. In addition, c-axis magnetoresistance measurements with magnetic fields perpendicular to c-axis (B?c) suggest that our samples undergo a 2D to 3D transition with the reduction of temperature. Based on our results, we estimate a value for the interplane hopping energy parameter ?1 < 7 meV. This value is at odds with the most accepted model for graphite, for which ?1 ? 380 meV. In this thesis, we also present unpublished results on the occurrence of quantum Hall effect in graphene grown epitaxially in silicon carbide substrates, on the effects of structural disorder in the basal electric properties of graphite / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Daniel Mario Ugarte / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T20:45:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizei_LuizHenriqueGalvao_M.pdf: 14343917 bytes, checksum: 2e436bc0147e26276c682a3c9af78ce9 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A completa caracterização de novos fenômenos físicos e químicos em sistemas com dimensões nanométricas requer conhecimento detalhado: a) do arranjo atômico; b) de como os diferentes elementos químicos dos materiais se redistribuem nas interfaces/superfícies (rugosidade, interdifusão, etc.); e finalmente c) como os dois primeiros fatores modificam as propriedades eletrônicas do sistema. Neste contexto, o desenvolvimento de novas ferramentas com capacidades específicas e bem adaptadas à análise de nanossistemas é imprescindível; assim técnicas de caracterização e visualização com resolução espacial nanométrica devem ser consideradas uma simples necessidade rotineira. No trabalho de mestrado que apresentamos buscamos implementar técnicas que permitam caracterizar sistemas com resolução espacial atômica. Neste sentido, implementamos um método de análise quantitativa de imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, que permite uma medida objetiva de variações da composição química. Esta medida é feita com base nas variações da distribuição de intensidades em uma imagem e fornece um mapa da composição química na imagem. Este procedimento de interpretação quantitativa foi aplicado ao estudo da morfologia de interfaces de poços quânticos de InGaP/GaAs crescidos por CBE (Chemical Beam Epitaxy). Estimamos que o limite de detecção de variações de composição química para este sistema seja 15%. Nesta análise, medimos parâmetros estruturais microscópicos que permitem a comparação da morfologia de diferentes poços. Com isso, concluímos que a interface InGaP/GaAs é mais rugosa que a GaAs/InGaP. Além disso, através da caracterização de poços quânticos com diferentes camadas interfaciais, concluímos que a adição de GaP na interface InGaP/GaAs reduz a rugosidade. Os resultados de rugosidade foram comparados com medidas de fotoluminescência a 6K buscando estabelecer uma correlação direta entre a qualidade da interface e a largura de linha de emissão do poço quântico. Esta correlação não foi estabelecida. Mostramos que modelos estruturais simples são ineficazes e que modelos mais elaborados são necessários para interpretação da largura de linha de emissão de um poço quântico / Abstract: The complete characterization of new physical and chemical phenomena in systems of nanometric scale requires the detailed knowledge of: a) atomic structure; b) how chemical composition distribution is redefined by interfaces and surfaces (rougheness, interdiffusion, etc.); and c) how are the electronic properties of the system influenced by those two factors. In this sense, the development of new tools with specific capabilities and well adapted to the analysis of nanosystems is essential. Therefore, characterization and imaging techniques with nanometric spatial resolution must be considered routine necessities. In this graduate work we present, we sought to implement techniques which allow the characterization of small systems with atomic spatial resolution. In this sense, we implemented a method for the qualitative analysis of high resolutions transmission electron microscopy images, which makes possible the objective measurement of chemical composition changes. This measurement is based on changes of the distribution of intensities of an image and results in a map of the chemical composition of the image. This procedure for the quantitative interpretation was used in the study of the morphology of the interfaces of InGaP/GaAs quantum wells (QW) grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE). We estimate that our detection limit for chemical variations in this system is 15 %. In this analysis, we measured microscopic structural parameters which allow the comparison of the morphology of different QW. With this data, we concluded that the InGaP/GaAs interface is rougher that the GaAs/InGaP one. Moreover, through the characterization of QWs with different interfacial layers we concluded that the addition of a thin GaP layer reduces roughness. Morphologial results were compared with 6 K photoluminescence experiments, seeking to establish a direct correlation between interface quality and quantum well emission line width. This correlation was not established. We showed that simple structural models are inefficient and that more elaborated models are need for the quantitative interpretation of quantum wells¿ emission line width / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: David Mendez Soares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T00:49:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_WyllersonEvaristo1983-_D.pdf: 5303870 bytes, checksum: ba3a86db4d3713f9b80b91fba5545795 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho, pesquisamos o uso de filmes autoorganizados sobre o eletrodo de ouro da microbalança de cristal de quartzo eletroquímica, EQCM. Focamos a pesquisa na interação física da superfície sólida funcionalizada com o meio líquido. Desenvolvemos uma metodologia para compreender a dinâmica de variação dos parâmetros medidos, pela EQCM durante um experimento (perturbação) em meio líquido. Introduzimos a representação bidimensional da variação da freqüência de ressonância e da resistência de ressonância do cristal de quartzo da EQCM, ?f e ?R respectivamente, durante uma perturbação, usando o tempo como parâmetro. A metodologia foi utilizada para soluções aquosas de sais, álcool, líquidos apolares como ciclohexano, n-hexano, soluções de sacarose. Mostramos que líquidos reais apresentam viscoelasticidade. Também testamos a perturbação causada pela aplicação de campo elétrico nas interfaces sólido/soluções iônicas em condições em que o eletrodo é polarizável. Mostramos a possibilidade de formação de nanoestruturas gasosas, nanobolhas. Estendemos a pesquisa para a superfície do ouro funcionalizado com filmes de tiol, S-layers (proteínas de membrana de bactéria), e adsorção de lipossomos zwiteriônicos. A interface sólido/líquido também foi estudada relativamente às características hidrofóbicas da funcionalidade devido à sua microestrutura superficial (superfície superhidrofóbica). Usamos as técnicas de microscopia de força atômica, AFM, e de Raman confocal, paralelamente às nossas pesquisas com a EQCM. Para complementar o estudo de campos elétricos aplicados a interfaces, estudamos também os efeitos macroscópicos da aplicação desses campos a líquidos dielétricos como a água. Pesquisamos o fenômeno da ponte líquida usando líquidos dielétricos isolantes apróticos / Abstract: In this work, we have studied the use of self-assembling films onto gold electrode of the electrochemical quartz crystal microbalance, EQCM. The main objective is to understand the physical interaction of the functionalized solid surface with the liquid medium. We have developed a methodology to understand the dynamics of variation of the parameters measured by the EQCM in liquid medium. We also have introduced the two-dimensional representation of the variation of resonance frequency and resonance resistance of the quartz crystal of the EQCM, ?f and ?R respectively. The measurements were taken during a perturbation, using time as parameter. The methodology was used for aqueous salt solutions, alcohol, nonpolar liquids such as cyclohexane, n-hexane and sucrose solutions. We showed that real liquids exhibit viscoelasticity. We also tested the perturbation caused by the application of electric field at solid interfaces/ionic solutions, under conditions in which the electrode is polarizable. We showed the possibility of formation of gaseous nanostructures, nanobubbles. We extended the study to gold electrode thiol-functionalized surfaces, gold surfaces covered by S-layers films (membrane proteins of bacteria), and then adsorption of zwitterionic liposomes. The solid/liquid interface was also studied in relation to hydrophobic functionality due to its surface microstructure (superhydrophobic surface). We use the atomic force microscopy, AFM, and confocal Raman techniques, parallel to our research with EQCM. In addition to the study of electric fields applied to interfaces, we also studied the macroscopic effects of the application of these fields to the dielectric liquids like water. We researched the phenomenon of liquid bridge using insulating dielectric aprotic liquids / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2010/140031-3 / CNPQ

Orientador: David Mendez Soares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:51:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomide_AndrezaBarbosa_D.pdf: 5782130 bytes, checksum: 73ea74eba4132f68eced1394071826de (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Frente à complexidade estrutural e funcional das membranas biológicas, a construção de membranas modelo sobre suporte sólido surge como uma resposta para o estudo daquelas. Para acessar as propriedades estruturais e funcionais de uma membrana biológica é fundamental que a membrana modelo seja capaz de refletir a interface membrana/ambiente aquoso. Portanto, foi feito um estudo da água frente à superfície sólida e verificou-se que a água frente a superfícies pode apresentar estrutura e propriedades físicas como densidade, viscosidade, constante dielétrica, etc. diferentes da águas da massa líquida (bulk water). Também investigamos a formação de filmes de fosfolipídios sobre o eletrodo de ouro a partir de soluções de lipossomos. A microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostrou os processos de adsorção de lipossomos à superfície do eletrodo de ouro, de ruptura e formação de filmes. Usando a técnica de filmes de Langmuir, determinamos a densidade de fosfolipídios em uma membrana modelo e comparamos com os resultados gravimétricos obtidos com a QCM. Com a técnica de miscroscopia de força atômica (AFM) usando medidas de força vs. distância, detectamos a espessura do filme de DMPC (6 nm). Além disso, mostramos que na presença de uma solução 0,5 M de H2SO4 o filme formado apresenta uma rugosidade na superfície que muda conforme o potencial aplicado ao eletrodo / Abstract: Faced with structural and functional complexity of biological membranes, the construction of model membranes on solid support appears as a response to the study of those. To access the structural and functional properties of a biological membrane, it is crucial that the membrane model is able to reflect the interface membrane/aqueous environment. Therefore, a study was made of water contacting a solid surface. It was found that water close to surfaces can have structure and physical properties (as density, viscosity, dielectric constant, etc..) different from bulk water. We also investigated the formation of phospholipid films on the gold electrode from solutions of liposomes. The quartz crystal microbalance (QCM) showed the adsorption of liposomes to the surface of gold electrode, breakdown and formation of a film. Using the technique of Langmuir we determined the density of phospholipids in a membrane model and compared with the gravimetric results obtained with the QCM. With the atomic force microscope (AFM) using the force vs. distance measurement we detected a 6 nm thick DMPC film on the electrode. Furthermore, we showed that in the presence of a 0.5 M solution of H2SO4 the film formed on the surface has a roughness that changes with the applied potential to the electrode / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências