Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho abordamos algumas propriedades físicas associadas ao transporte spintrônico de nanoestruturas formadas por camadas de semicondutor diluído magnético (SDM) e semicondutor convencional submetidas a campos elétrico e magnético cruzados. O campo elétrico é aplicado na direção de crescimento da nanoestrutura e o campo magnético é aplicado perpendicularmente a essa direção. Estuda mos duas configurações de nanoestruturas onde o SDM localiza-se no poço quântico ou nas barreiras. Mostramos que é possível encontrar um potencial efetivo tipo poço de potencial duplo para um intervalo de intensidades de campos externos, altura da barreira de potencial e largura de poço quântico parabólico. Em tal condição esse sistema pode ser visto como um dispositivo spintrônico chamado filtro de spin, pois consegue selecionar polarizações de spin em diferentes regiões da nanoestrutura. / In the present work we studied properties of the spintronic transport of nanostructures formed by layers of diluted magnetic semiconductors (DMS) and conventional semiconductors with crossed fields applied. The electric field is in the growth direction and the magnetic field is perpendicular t o this one. We studied two configurations of nanostructures where the DMS is located in the barriers or in the well. We will show the possibility of the formation of a double quantum well like effective potential for different values of the applied fields intensities, barriers height and quantum well width. In this situation the system can be seen as a spintronic device called spin filter, since it can control the spin polarization in different regions of the nanostructure.

O confinamento da luz em escala nanométrica, em especial para estruturas metálicas, é conferido graças à ação coletiva dos elétrons livres desses materiais que ao entrarem em ressonância com a frequência da radiação incidente geram campos intensos o suficiente para permitir que uma parcela da luz atravesse as cavidades que formam as estruturas, desafiando os limites clássicos da óptica impostos pela teoria escalar da difração. Designa-se a tal ação coletiva dos elétrons na literatura como plasmons polaritons de superfície, ou SPP da sigla em inglês para Surface Plasmon Polariton, conceito há muito estudado em Física do Estado Sólido. Porém, somente a algumas décadas com o domínio sobre a fabricação de estruturas em escala nanométrica, tornou-se possível a análise experimental e a contribuição de SPP na observação de fenômenos em nano-óptica. A ressonância de plasmons em nanoestruturas confere considerável sensibilidade ao índice de refração dos meios próximos a elas, o que abre mais um canal para estudos no campo da interação entre radiação-matéria. Dentre eles há interação de plasmons com íons de terras-raras (ITR). Estes últimos por apresentarem bandas de absorção estreitas e bem definidas, são excelentes opções como elementos na análise da interação destes com os SPPs gerados nas nanoestruturas. Uma maneira de estabelecer o contato direto entre o campo plasmônico e os ITRs é incorpora-los ao substrato no qual o filme metálico onde as nanoestruturas são fabricadas é depositado. Vidros óxidos à base de Telúrio e Germânio reúnem condições favoráveis para esse propósito, por terem alta solubilidade às terras-raras, janela de transparência relativamente larga (0,4 - 5μm) podendo ser analisados desde o visível até o infravermelho e baixa energia de fônon. O presente trabalho consistiu no esforço de criar uma plataforma para estudo direto de interações SPP com o ITR a partir da nano fabricação via técnica de feixe de íons e medir a luz emitida por processo de conversão ascendente do Érbio diretamente pela nanoestrutura devido ao decaimento do íon em SPP e na consequente remissão através da transmissão óptica extraordinária (TOE). A partir de tais medidas há fortes evidências de que a radiação emitida pelo Érbio apresenta a mesma polarização do campo plasmônico originado nas nanoestruturas. / The confinement of light at the nanoscale, especially for metallic structures is achieved due the collective action of free electrons from the material that resonate with the frequency of the incident radiation, generating enhanced fields enough to allow a portion of the light to cross the cavities that form such structures, challenging the classical limits of optics imposed by the scalar diffraction theory. Such collective action of the electrons is known in the literature as surface plasmon polariton (SPP), a concept which has already been studied in Solid State Physics, but only a few decades ago, with the development of fabrication of nanoscale structures has enabled the experimental analysis and the contribution due SPP on the observation of nanoptics phenomena. The plasmon resonance from nanostructures offers considerable sensitivity to the refractive index from the media that surround them, which opens another topic in matter-radiation interaction. There are interactions of plasmons with rare earth ions (REI). The latter class of emitters, presents narrow and well-defined absorption bands, which make them excellent options as probes to the analysis of interaction with the SPPs generated in the nanostructures. To establish direct contact between the plasmonic field and the REIs consists in embedding them into the substrate for the metallic thin film where the structures are assembled. Tellurium and Germanium oxide based glasses gather the conditions for this purpose, because they present high solubility to rare earths, a relatively wide transparency window (0.4 - 5 μm), which enables spectral analysis from visible to infrared, and low phonon energy. The present work consisted in the effort to create a direct platform to study the SPP interactions with the REI from the milling of the samples by ion beam technique; to measure the light emitted from the Erbium\'s upconversion process directly through the nanostructure due the ion decay to SPP and in the consequent remission by extraordinary optical transmission (EOT). From such measurements there are strong evidences that the radiation emitted by Erbium ions presents the same polarization from the plasmonic field originated in nanostructures.

Orientadores: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo, Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T20:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano_Cris_M.pdf: 2377701 bytes, checksum: 09034068780831dd7a4b137752559fc2 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho foram estudados filmes finos de MoAs crescidos por epitaxia de feixe molecular em substratos de GaAs (001). As propriedades magnéticas destas hetero-estruturas (filme magnético sobre um substrato semicondutor) são fortemente dependentes das propriedades estruturais do filme de MoAs que foram estudadas detalhadamente utilizando técnicas de difração de raios-x no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. Dentre os principais resultados estão a identificação de uma temperatura de ordenamento magnético maior do que os valores para o MnAs massivo, em filmes com acomodações cristalinas onde o eixo-c está inclinado em relação ao plano (001) do substrato. Também foi realizado um estudo detalhado da variação do parâmetro de rede com a temperatura em torno da transição de fase magnética. Este estudo permitiu determinar a evolução das tensões elásticas presentes no filme de MoAs durante a transição onde em um intervalo em torno de 30°C acontece uma coexistência de fases cristalinas pela formação de faixas periódicas com regiões alternadas de a -MnAs (hexagonal) e ,b -MnAs (ortorrômbico). Também se encontrou que os parâmetros de rede contidos no plano do filme se comportam de forma bem diferente. Enquanto que o parâmetro que corresponde ao eixo-c hexagonal não varia muito durante a transição o outro parâmetro de rede contido no filme aumenta fortemente com a temperatura. Estes estudos complementaram medidas magnéticas com efeito Kerr magnéto-óptico simultâneas às medidas estruturais, assim como às medidas por difração de raios-x com aplicação de campo magnéticos de até 3 kOe / Abstract: Thin films ofMnAs grown by molecular beam epitaxy on GaAs (001) were studied by X-ray diffraction. The magnetic properties of a thin film of MnAs are strongly affected by the elastic tensions ofthe film accomodation over the semiconductor substrate and were studied by X-ray diffraction techniques at the Brazilian National Synchrotron Laboratory .It was found that the Curie temperature for the MnAs film is dependent on the type of crystal accomodation over the substrate. In particular for a MnAs accomodation with a tilted hexagonal c-axis with respect to the GaAs (00 1) plane, the transition temperature becomes higher than the value for MnAs bulk. A detailed analysis ofthe evolution ofthe lattice parameters through the transition temperature was performed. These results contribute to the understanding of the phase coexistence in the film through more than 30°C where periodic stripes of a -MnAs (hexagonal) and b-MnAs (orthorhombic) are formed to reduce the elastic tension of the film during this first order magnetic transition. It was found that while the hexagonal c-axis lattice parameter almost does not change during the phase transition, the in-plane lattice parameter perpendicular to the c-axis strongly increases with increasing temperature. These structural results complement magnetization measurements using an in situ magneto-optical Kerr effect setup and also structural measurements under applied magnetic fields up to 3 kOe / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

O presente trabalho tem como objetivo contribuir para o conhecimento da morfologia, microestrutura e modulação composicional (perfil da composição química) de recobrimentos NbN/CrN multicamadas nanoestruturados com diferentes periodicidades (entre 4 e 20 nm) depositado por PVD pela técnica de arco catódico. Foi alcançada espessura total do recobrimento de 30 ?m mantendo-se a homogeneidade da periodicidade ao longo de toda a espessura. Análises de difração de Raios-X, aliadas a modelamento computacional (difração dinâmica), e análise de microscopia eletrônica de transmissão (MET), permitiram a determinação da periodicidade das multicamadas e a espessura das camadas individuais de NbN e CrN e análise qualitativa da coerência entre as camadas. O modo de varredura (SMET) acoplado com espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS), permitiu medir a variação da composição química ao longo das nano-camadas individuais. A análise por EELS mostrou que, mesmo para a menor periodicidade estudada - 4nm, não há eliminação da modulação composicional. Assim, um modelo de Análise de Elementos Finitos (FEA) foi utilizado para avaliar a componente das tensões residuais intrínsecas ao longo das multicamadas, alimentado com o cáculo da deformação do parâmetro de rede, que pela Lei de Vergards varia em função da modulação química, ao longo das camadas de NbN e CrN. A microindentação instrumentada e o teste de riscamento mostraram aumento de dureza e maior resistência ao risco com a redução da periodicidade das multicamadas nanoestruturadas de NbN/CrN. O cruzamento dos resultados das diversas técnicas empregadas permitiu análise detalhada da estrutura e morfologia destes recobrimentos e a influência das periodicidades na modulação química das camadas individuais, possibilitando o desenvolvimento de um modelo qualitativo. Este aprendizado irá permitir a deposição de recobrimentos multicamadas nanoestruturados com melhor controle das propriedades mecânicas objetivadas em função da aplicação final do produto. / The present work aims at contributing to the knowledge, microstructure and compositional modulation (Chemical composition profile) of NbN/CrN multilayer nanostructured coatings with different periodicities (between 4 and 20nm) deposited by cathodic arc technique. It was reached a total coating thickness of 30 ?m preserving the periodicity homogeneity along the thickness. X-Ray Diffraction analisys, combined with computational modeling (dinamic diffraction) and Transmission Eletron Microscopy analysis (TEM), allowed the multilayer periodicity determination, the individual NbN and CrN layer thicknesses as well as the qualitative analysis of coherency among layers. The scanning mode (STEM) combined with Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS), allowed the measurement of the chemical composition variation along the individual nanolayers. The EELS analysis showed that, even for the lowest periodicity studied - 4nm, there is no elimination of the compositional modulation. Thus, the Finite Element Analysis model (FEA) was used to evaluate the intrinsic residual stress component along the multilayers, fed with the lattice parameter deformation calculation, which, by Vegards Law varies as a function of the chemical modulation, along the NbN and CrN layers. The instrumented microindentation and the Scratch test showed hardness increase and higher scratch resistance as periodicity decreases on the nanostructured multilayer of NbN/CrN. The cross-linking data of the several techniques employed enabled a detailed analysis of the structure and morphology of such coatings and the influence of the periodicities on the individual layer chemical modulation, allowing the development of a qualitative model. This learning will allow multilayer nanostructured coatings deposition with a better control of desired mechanical properties as a function of the final product application.

Orientadores: Italo Odone Mazali, Talita Mazon / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:25:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madalossi_NatiaraVaughn_M.pdf: 3988977 bytes, checksum: 5fd028b4052bd1c0173b1e06a840ab1b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho reporta a síntese e caracterização de nanoestruturas de ZnO com morfologia de nanobastões hexagonais, crescidas verticalmente ao substrato de silício. Para o crescimento vertical dos nanobastões foi depositado um filme constituído por grãos de ZnO para atuar como camada de nucleação. Neste trabalho, as sínteses dos nanobastões e das camadas de nucleação foram preparadas por métodos químicos. As camadas de nucleação foram obtidas com a calcinação do filme de precursor polimérico e de 2-etilhexanoato de zinco, os quais foram depositados sobre o substrato de silício com o uso da técnica de spin coating e tratados termicamente em diferentes temperaturas para a formação dos grãos cristalinos de ZnO. Os nanobastões crescidos sobre as camadas de nucleação foram obtidos via síntese hidrotermal e síntese de deposição por banho químico (CBD). As camadas de nucleação e os nanobastões apresentaram estrutura cristalina tipo wurtzita com crescimento preferencial na direção [002] na qual a propriedade piezoelétrica se manifesta. As análises de espectroscopia Raman corroboraram com as análises de difração de raios X, sendo que não houve os deslocamentos das bandas do ZnO, indicando que os nanobastões não estavam no modo de confinamento quântico. Os nanobastões apresentam vários tipos de defeitos cristalinos, provocando a formação de defeitos eletrônicos na região da banda proibida, promovendo uma emissão centrada em 600 nm nas análises de espectroscopia de fotoluminescência. Para o estudo da resposta piezoelétrica dos nanobastões foi utilizado um substrato condutor de silício com um filme de platina para o crescimento dos nanobastões. O dispositivo constituiu-se de um eletrodo, formado pelo substrato condutor com as nanoestruturas e um contraeletrodo, formado pelo substrato condutor. Verificou-se que o dispositivo tem um comportamento de diodo tipo Schottky, sendo que a resposta piezoelétrica frente a uma deformação física foi de até 7 mV, indicando que os nanobastões podem ser utilizados como conversores de energia mecânica em energia elétrica / Abstract: This work reports the synthesis and characterization of nanostructures of ZnO with hexagonal nanorods morphology, growth vertically on silicon substrate. For the vertical growth a film constituted for ZnO grain was deposited over the substrate to act as nucleation layer. In this work, the synthesis of nanorods and nucleation layer was made by chemical methods. The nucleation layers were obtained by calcination of the polymeric precursor and 2-ethylhexanoate, being deposited on the silicon substrate by spin coating technique and annealed at different temperatures to promote the formation of ZnO crystalline grains. The growth of the nanorods on the nucleation layers were obtained by hydrothermal and chemical bath deposition (CBD) synthesis. The nucleation layers and the nanorods have wurtzite structure with preferential growth along the [002] axis, where the piezoelectric properties show up. Raman spectroscopy analyzes corroborate the x-ray diffraction, and there was no ZnO band shift, indicating that the nanorods would not be in quantum confinement. The nanorods showed different types of crystal defects, inducing the formation of electronic defects in the band gap. These defects showed an emission centered at 600 nm in photoluminescence spectroscopy. To study the piezoelectric response of the nanorods, a silicon substrate with a platinum film was used to grow the nanorods. The device consists of electrode formed by the conductive substrate with the nanorods and a contra-electrode, formed by the conductor substrate. It was found that the device is a Schottky type diode and the piezoelectric response was to 7 mV by physical deformation. Therefore, ZnO nanorods can be used as converter mechanical energy into electricity / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestra em Química

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17595号 / 工博第3754号 / 新制||工||1572(附属図書館) / 30361 / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 伊藤 紳三郎, 教授 赤木 和夫, 教授 金谷 利治 / 学位規則第4条第1項該当

As existing energy sources have been depleting at a fast pace, thermoelectric (TE) materials have received much attention in recent years because of their role in clean energy generation and conversion. Thermoelectric materials hold promise in terrestrial applications such as waste heat recovery. Bismuth selenide (Bi2Se3), lead telluride (PbTe), skutterudites CoSb3, and Bi-Sb alloys are among the widely investigated thermoelectric materials. Synthesis of above mentioned thermoelectric materials in nanostructured form and their characterization were investigated. Highly crystalline Bi2Se3, undoped and indium (In) doped PbTe, unfilled and ytterbium (Yb) filled CoSb3 nanomaterials were synthesized using hydrothermal/solvothermal technique and Ca-doped Bi-Sb alloy was synthesized using ball milling method. The mechanism of indium doping to the PbTe matrix was investigated using X-ray diffraction, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and a first principle calculation. It was found that indium doping, at a level below 2%, is substitution on Pb site. The effects of the amount of sodium borohydride (NaBH4) as the reducing agent and the annealing treatment on the phase transition of CoSb3 were investigated. It was found that a sufficient amount of NaBH4 along with the specific annealing condition was needed for the formation of pure phase CoSb3. Thermoelectric properties of Bi2Se3 and Ca-doped Bi85Sb15 were also investigated. A lower thermal conductivity and a higher Seebeck coefficient were achieved for a Bi2Se3 sample prepared in dimethyl formamide (DMF) at 200ºC for 24 h as compared to bulk Bi2Se3. The decrease in thermal conductivity can be attributed to the increased phonon scattering at the interfaces of the nanostructures and at the grain boundaries in the bulk nanocomposite. The increase in the Seebeck coefficient of Bi2Se3 nanostructures is likely the result of the quantum confinement of the carriers in nanostructures. The effect of calcium doping on Bi85Sb15 nanostructures were investigated. It was found that 2% calcium doped Bi-Sb alloy showed the best TE efficiency due to the enhanced power factor and reduced thermal conductivity.

Nous exploitons les progrès récent dans le domaine de la fonctionnalisation du silicium. Des couches moléculaires greffées (GOM) sur du Si non oxydé ont été fabriquées par hydrosilylation pour ensuite être caractérisées par XPS et FTIR. Sa terminaison amine permet le greffage de nanoparticles d'or colloïdes (AuNP). Celles-ci ont été déposées et des mesures ont été prises avec un STM sous UHV: une double jonction tunnel est formée (1 : GOM ; 2 : vide entre la pointe et l'AuNP). Ce type de structure est connu pour permettre l'observation de transport à un électron grâce au phénomène de blocage de Coulomb. Des preuves de son observation et de sa reproductibilité ont été obtenues à 30K. Nos résultats expérimentaux sont comparés à des résultats obtenus grâce à un simulateur récemment développé et modifié pour correspondre à notre système. Nous voulons développer une technologie alternative pour la fabrication de transistors à un électron compatible avec la technologie Si actuelle. Des boîtes quantiques (NQDs) sont aussi déposées sur la GOM. Des transferts radiatifs et non radiatifs d'énergie ont récemment été observés entre NQDs et Si sur surfaces planes à l'aide de mesure en photoluminescence (PL). Nous augmentons la PL en greffant la GOM sur des nano-piliers de Si et en déposant des couches successives de NQDs pour former des multicouches. Nous proposons aussi des preuves expérimentales du transfert d'énergie dirigé entre NQDs jusqu'au substrat avec des bicouches de NQDs avec gradient de taille. Combiner tout ces résultats peut donner lieu à la fabrication de prototypes de cellules photovoltaïques efficaces pouvant rivaliser avec les technologies actuelles. / We take advantage of the progresses made in the topic of silicon functionalization. Grafted organic monolayer (GOM) on oxide-free Si have been fabricated using hydrosilylation and characterized using FTIR and XPS. The obtained amine terminated GOM has been used to graft Colloidal gold nanoparticles (AuNP). They have been deposited and single electron transport measurements have been performed using STM under UHV: A double barrier tunneling junction (1: GOM; 2: vacuum between the scanning tip and the AuNP). This structure is known to exhibit single electron transport through Coulomb staircase phenomenon. Evidence for its occurrence and for its reproducibility was obtained at 30K. Experimental and simulated data were compared. The latter were acquired using a recently developed theoretical model that has been modified to model our system more accurately. Our goal is to develop an alternative technology to build single electron transistors that are compatible with current Si-based technology. Nanoquantum dots (NQDs) were also deposited on the GOM. Energy transfers through radiative and non-radiative mechanism between NQDs and substrate were observed on plane surface in recent work using photoluminescence (PL) spectroscopy. We show evidence of optimization of the PL count using GOM on silicon nanopillars and with successive grafting of NQDs to form multilayers. We also show evidence of directed energy transfer from NQDs to the silicon substrate using bilayers of NQDs with a size gradient. All these achievements can be combined for the fabrication of NQDs solar cells prototypes with an enhanced efficiency that could compete with existing technologies.

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<p>U ovom radu prikazani su rezultati ispitivanja strukturnih i magnetnih osobina čistih cink- ferita, ZnFe₂O₄ i cink-ferita sa dodatkom indijuma Zn_1-xIn_xFe₂O₄ i itrijuma, ZnY_xFe_2-xO₄, gde je 0 &le; x &le; 0,6. Prahovi na bazi cink-ferita su sintetisani koristeći nisko temperaturnu metodu sinteze iz tečne faze &ndash; metodu koprecipitacije. Osnovni cilj ove doktorske disertacije je bio da se utvrdi veza između uslova sinteze, uticaja različitih katjona, strukture i osobina čistih cink-feritnih nanočestica, kao i cink-ferita sa dodatkom indijuma i itrijuma. Radi praćenja uticaja veličine čestica dobijenog praha na strukturu i osobine ovih materijala, sintetisani čist cink-ferit je kalcinisan na različitim temperaturama. Posebno je razmatran i uticaj dodatka različitih jona na distribuciju i preraspodelu katjona u spinelnoj strukturi. Pored toga ispitivan je uticaj tako pripremljenih prahova na njihove magnetne osobine. Rentgenostrukturna i TEM analize potvrdili su da ispitivani uzorci spadaju u klasu nanomaterijala spinelne strukture. Analiza Raman i M&ouml;ssbauer spektara je ukazala na moguću raspodelu katjona između tetraedarskih i oktaedarskih mesta, te formiranje delimično inverznog spinela. Ispitivanja magnetnih osobina su pokazala da histerezisne petlje ne pokazuju saturaciju u prisustvu jakog magnetnog polja, &scaron;to je potvrdilo superparamagnetnu i jednodomensku prirodu čestica. Pokazano je da pored uticaja veličine čestica, dodatak različitih katjona (u ovom slučaju itrijum i indijum) ima veliki uticaj na uređenje strukture, a posledično i na magnetno pona&scaron;anje ispitivanih nanočestičnih sistema.</p> / <p> This thesis presents the results of the investigation of the structural and magnetic properties of nanostructured zinc ferrites, ZnFe2O4 and zinc ferrites supstituted with different amount of indium and yttrium, Zn1-xInxFe2O4 and ZnYxFe2-xO4 (0 &le; x &le; 0,6). Powders based on zinc ferrites were synthesised by a low temperature wet-chemical method &ndash; coprecipitation. The main purpose of this thesis was to establish the relationship between the synthesis, dopants, structure and properties of zinc ferrite based materials. Nanoparticles of ZnFe2O4 were calcined at different temperatures in order to elucidate the influence of the particle size on the magnetic properties of the obtained nanoparticles. In addition, we have investigated the effect of dopant addition on cation distribution in spinel structure, in order to modify the magnetic properties and to obtain the magnetic ceramics with improved properties compared to the bulk-counterparts. The results of X-ray and TEM analyses confirmed the nanosized nature and spinel type structure of the investigated samples. Raman and M&ouml;ssbauer spectroscopy studies implied on the possible cation distribution between the tetrahedral and octahedral sites and formation of the partially inversed spinel. The study of the magnetic properties showed that hysteresis loops do not saturate even in the presence of high magnetic fields, which confirmed the superparamagnetic and single domain nature of the samples. These observations imply that, besides the particle size, doping (e.g. yttrium and indium) causes significant structural rearrangements which in turn induce changes in magnetic behavior of the investigated nanoparticulate systems.</p>