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O objetivo do presente trabalho foi produzir e estudar magnética e estruturalmente filmes finos de Ni IND. 81 Fe IND. 19 Mn IND. 50. Os filmes foram produzidos através da técnica de DC magnetron sputtering. Iniciamos nosso estudo em filmes de Si/buffer/ Ni IND. 81 Fe IND. 19 (30nm)/Fe IND 50 Mn IND. 50 (15nm)/Ta(5nm), utilizando-se substratos de Si(100), Si(111) e buffer de Cu e Ta, a fim de determinar as melhores condições para a obtenção de bom acoplamento de exchange entre as bicamadas magnéticas. Em seguida estudamos a propriedades magnéticas de filmes em função da espessura das camadas magnéticas. As amostras produzidas para este estudo foram filmes de Si(100)/Cu(20nm)/ Ni IND. 81 Fe IND. 19 (t IND. FM nm)/ Fe IND. 50 Mn IND. 50(t IND AFM nm)/Ta(3nm), variando-se t IND. FM entre 5 e 53nm e mantendo fixa t IND. AFM em 10 nm e vice-versa. Finalmente estudamos o efeito das irradiações iônicas de He e Ne no acoplamento de exchange. Os filmes foram caracterizados utilizando-se as técnicas de magnetrometria de amostra vibrante, difração de raios-x, refletometria de raios-x, absorção de raios-x na borda do Mn e microscopia óptica de campo próximo (SNOM). Os resultados da caracterização magnética de todos os filmes de Si/buffer/NiFe/FeMn/Ta mostram que eles apresentam acoplamento de exchange logo após a sua obtenção por sputtering. Porém o acoplamento via troca precisa ser induzido através do procedimento field cooling nos filmes de Si/buffer/FeMn/NiFe//Ta. Os resultados das medidas de difração de raios x mostram que os filmes apresentam estrutura cristalina FCC e texturas cristalográficas (111) e (200) quando as camadas magnéticas são depositadas sobre Cu e uma única textura cristalográfica, a textura (111) quando elas são depositadas sobre Ta. Por outro lado, os resultados da caracterização magnética nos indicam que as amostras com buffer de Cu apresentam as melhores propriedades magnéticas alto valor de H IND. exc e baixa coercividade. A análise de EXAFS dos filmes com diferentes buffers nos indica que as amostras depositadas sobre Ta e diretamente sobre silício apresentam maior desordem na sua estrutura fina em relação às amostras depositadas sobre Cu. A caracterização magnética dos filmes irradiados ionicamente mostrou que o valor de Hexc dos filmes irradiados com diferentes doses de He a temperatura ambiente aumentou em comparação ao valor do campo de exchange das amostras antes das irradiações iônicas. Já nas amostras irradiadas com Ne o campo de exchange diminuiu drasticamente. A partir das medidas realizadas no microscópio óptico de varredura em campo próximo (SNOM), em diferentes regiões de amostras antes e depois de serem irradiadas ionicamente observamos que não há variações no valor do campo de exchange. / The aim of the present work was to produce and to study magnetic and structural properties of Ni81Fe19/Fe50Mn50 thin films. These films were produced by DC magnetron sputtering. We began our study on Si/buffer/Ni81Fe19(30nm)/Fe50Mn50(15nm)/Ta(5nm) films, using Si(100) or Si(111) substrates and Cu or Ta buffer layer, in order to determine the best conditions for obtaining a good exchange coupling between magnetic bilayers. After that, we studied the magnetic properties of these films relative to magnetics layers thickness. The samples studied were Si(100)/Cu (20mn)/Ni81Fe19 (tFM mn)/Fe50Mn50 (tAFM nm)/Ta(3nm), with tFM varying between 5 to 53run, with fixed tAFM of 10mn, and vice versa, namely with fixed tFM and varying tAFM. Finally, we studied the effect of He and Ne ionic irradiation on the exchange-coupling interaction. The thin films were characterized by vibrating sample magnetometry, X-ray diffraction, X-ray reflectometry, X-ray absorption spectroscopy at the Mn K edge, and near field optical microscopy (SNOM). The magnetic characterization of all Si/buffer/NiFe/FeMn/Ta films shows that pristine films present exchange coupling. However, the exchange-coupling interaction needs to be inducing through field cooling procedure for Si/buffer/FeMn/NiFe/Ta films. X ray diffraction measurements show that these films presents FCC crystal structure, plus (111) and (200) crystal textures when the magnetic layers are deposited on Cu buffer layer, and only the (111) crystal texture when the layers are deposited on Ta. On other hand, the magnetic measurement point out that the Cu buffer samples presents the best magnetic properties with high values for Hexc and low values of coercive field. The EXAFS analysis of films with different buffers points out that samples deposited on Ta and directly on silicon present a larger local disorder than samples deposited on Cu. The magnetic measurements of the ionic irradiated films showed an increase of Hexc values for samples irradiated at room temperature with different He rates, compared with the same samples before irradiation. On the other hand, for Ne irradiated samples the exchange field decreased drastically. We observed irradiation no changes on the exchange field values from near field optical microscopy (SNOM) measurements at different areas of samples before and after ionic. These results point out that, even if we are characterizing very small areas of the samples, the exchange field represents the average behavior of the exchange interaction in these areas.

In this thesis, the collective motion of Magnetospirillum magneticum strain AMB-1 is studied. Bacteria have developed various types of mechanism in order to search for the optimum environment, which are called taxis. There are two types of taxis, aerotaxis and magnetotaxis, that are involved in AMB-1. It is commonly believed that the vertical component of the Earth magnetic field helps to align the bacteria and confine them in one dimension, whereas the oxygen gradient determines their swimming velocity. In this way, magnetotaxis is conceived as a passive response, while aerotaxis is active and they work independently. Previous works done by our group may suggest an alternative picture. In this thesis, two experiments were carried out to gain a better understanding of the taxis of AMB-1. In the first experiment, bacterial suspension of density around 10⁸ cells cm⁻³ was injected into a chamber of dimensions 5×5×0.025 mm³. The motion of the bacteria was captured by a video camera mounted in the microscope under darkfield condition. Tracking of the quasi-2D motions under different applied magnetic field generated by two pairs of Helmholtz coils was done. In this way, we could determine the effect of magnetic field on basic physical properties of the bacteria, such as the diffusive motion, the rate of change of the motion direction. In the second experiment, a one dimensional oxygen gradient was achieved inside a microfluidic chamber. An aerotactic band of highly concentrated bacteria was observed under darkfield condition when bacterial suspension of density around 10⁹ cells cm⁻³. It is found that the time for the formation of the band varies under different applied magnetic fields, which suggests that the magnetotaxis in AMB-1 may not be completely passive. / 這篇論文報告關於趨磁螺菌AMB-1在集體運動上的研究。為了在野外尋找最好的生存環境，細菌發展出不同的趨向性機制。AMB-1擁有趨磁性和趨氧性兩個機制。在普遍的認知裡，地球磁場的垂直分量會把牠們的運動局限為一維，氧氣濃度梯度則影響牠們游泳的速度。趨磁性一直被認為是被動反應，而趨氧是主動的，兩者獨立運作。我課題組最近的實驗結果提出了存在另一種機制的可能性。為更了解AMB-1的趨向性機制，我們進行了兩個實驗。 / 在首個實驗中，濃度約為每立方厘米10⁸個的細菌溶液被注入到5×5×0.025立方毫米的空間。我們用攝像機把顯微鏡暗場觀測下的細菌運動記錄下來，在兩對亥姆霍茲線圈產生的不同磁場下，追蹤細菌的準二維運動。這樣，我們可以測定細菌的基本物理性質在不同磁場下的影響，例如其擴散運動、運動方向的轉換頻率等等。在第二個實驗中，我們在一個微流控空間裡建立了一維的氧氣濃度梯度。當細菌懸液濃度達到每立方厘米10⁹個時，在暗場條件下可以一條由高濃度細菌組成的趨氧性帶。我們發現帶形成所需的時間隨不同的外加磁場而改變，顯示AMB-1的趨磁性可能不是一個完全被動的反應。 / Lau, Tsz Ki = 趨磁螺菌AMB-1的集體運動觀測 / 劉子麒. / Thesis M.Phil. Chinese University of Hong Kong 2013. / Includes bibliographical references (leaves 53-58). / Abstracts also in Chinese. / Title from PDF title page (viewed on 12, October, 2016). / Lau, Tsz Ki = Qu ci luo jun AMB-1 de ji ti yun dong guan ce / Liu Ziqi. / Detailed summary in vernacular field only. / Detailed summary in vernacular field only.

O objetivo do presente trabalho foi produzir e estudar magnética e estruturalmente filmes finos de Ni IND. 81 Fe IND. 19 Mn IND. 50. Os filmes foram produzidos através da técnica de DC magnetron sputtering. Iniciamos nosso estudo em filmes de Si/buffer/ Ni IND. 81 Fe IND. 19 (30nm)/Fe IND 50 Mn IND. 50 (15nm)/Ta(5nm), utilizando-se substratos de Si(100), Si(111) e buffer de Cu e Ta, a fim de determinar as melhores condições para a obtenção de bom acoplamento de exchange entre as bicamadas magnéticas. Em seguida estudamos a propriedades magnéticas de filmes em função da espessura das camadas magnéticas. As amostras produzidas para este estudo foram filmes de Si(100)/Cu(20nm)/ Ni IND. 81 Fe IND. 19 (t IND. FM nm)/ Fe IND. 50 Mn IND. 50(t IND AFM nm)/Ta(3nm), variando-se t IND. FM entre 5 e 53nm e mantendo fixa t IND. AFM em 10 nm e vice-versa. Finalmente estudamos o efeito das irradiações iônicas de He e Ne no acoplamento de exchange. Os filmes foram caracterizados utilizando-se as técnicas de magnetrometria de amostra vibrante, difração de raios-x, refletometria de raios-x, absorção de raios-x na borda do Mn e microscopia óptica de campo próximo (SNOM). Os resultados da caracterização magnética de todos os filmes de Si/buffer/NiFe/FeMn/Ta mostram que eles apresentam acoplamento de exchange logo após a sua obtenção por sputtering. Porém o acoplamento via troca precisa ser induzido através do procedimento field cooling nos filmes de Si/buffer/FeMn/NiFe//Ta. Os resultados das medidas de difração de raios x mostram que os filmes apresentam estrutura cristalina FCC e texturas cristalográficas (111) e (200) quando as camadas magnéticas são depositadas sobre Cu e uma única textura cristalográfica, a textura (111) quando elas são depositadas sobre Ta. Por outro lado, os resultados da caracterização magnética nos indicam que as amostras com buffer de Cu apresentam as melhores propriedades magnéticas alto valor de H IND. exc e baixa coercividade. A análise de EXAFS dos filmes com diferentes buffers nos indica que as amostras depositadas sobre Ta e diretamente sobre silício apresentam maior desordem na sua estrutura fina em relação às amostras depositadas sobre Cu. A caracterização magnética dos filmes irradiados ionicamente mostrou que o valor de Hexc dos filmes irradiados com diferentes doses de He a temperatura ambiente aumentou em comparação ao valor do campo de exchange das amostras antes das irradiações iônicas. Já nas amostras irradiadas com Ne o campo de exchange diminuiu drasticamente. A partir das medidas realizadas no microscópio óptico de varredura em campo próximo (SNOM), em diferentes regiões de amostras antes e depois de serem irradiadas ionicamente observamos que não há variações no valor do campo de exchange. / The aim of the present work was to produce and to study magnetic and structural properties of Ni81Fe19/Fe50Mn50 thin films. These films were produced by DC magnetron sputtering. We began our study on Si/buffer/Ni81Fe19(30nm)/Fe50Mn50(15nm)/Ta(5nm) films, using Si(100) or Si(111) substrates and Cu or Ta buffer layer, in order to determine the best conditions for obtaining a good exchange coupling between magnetic bilayers. After that, we studied the magnetic properties of these films relative to magnetics layers thickness. The samples studied were Si(100)/Cu (20mn)/Ni81Fe19 (tFM mn)/Fe50Mn50 (tAFM nm)/Ta(3nm), with tFM varying between 5 to 53run, with fixed tAFM of 10mn, and vice versa, namely with fixed tFM and varying tAFM. Finally, we studied the effect of He and Ne ionic irradiation on the exchange-coupling interaction. The thin films were characterized by vibrating sample magnetometry, X-ray diffraction, X-ray reflectometry, X-ray absorption spectroscopy at the Mn K edge, and near field optical microscopy (SNOM). The magnetic characterization of all Si/buffer/NiFe/FeMn/Ta films shows that pristine films present exchange coupling. However, the exchange-coupling interaction needs to be inducing through field cooling procedure for Si/buffer/FeMn/NiFe/Ta films. X ray diffraction measurements show that these films presents FCC crystal structure, plus (111) and (200) crystal textures when the magnetic layers are deposited on Cu buffer layer, and only the (111) crystal texture when the layers are deposited on Ta. On other hand, the magnetic measurement point out that the Cu buffer samples presents the best magnetic properties with high values for Hexc and low values of coercive field. The EXAFS analysis of films with different buffers points out that samples deposited on Ta and directly on silicon present a larger local disorder than samples deposited on Cu. The magnetic measurements of the ionic irradiated films showed an increase of Hexc values for samples irradiated at room temperature with different He rates, compared with the same samples before irradiation. On the other hand, for Ne irradiated samples the exchange field decreased drastically. We observed irradiation no changes on the exchange field values from near field optical microscopy (SNOM) measurements at different areas of samples before and after ionic. These results point out that, even if we are characterizing very small areas of the samples, the exchange field represents the average behavior of the exchange interaction in these areas.

Nanociência e nanotecnologia se tornaram palavras-chaves para o desenvolvimento científico da maioria das áreas de pesquisa, inclusive a de magnetismo. Por esta razão, há forte demanda por instrumentos capazes de caracterizar sistemas em escalas nanométricas. O Microscópio Ótico de Varredura em Campo Próximo no Modo Magnetoótico (SNOM-MO) se insere neste contexto por ser uma técnica de microscopia com boa resolução espacial e alta sensibilidade magnética, estimada em DM= 2 x 10-12 emu. Ao contrário da microscopia ótica tradicional, os SNOMs detetam a radiação eletromagnética evanescente e conseqüentemente, a resolução não é limitada pelo critério de Rayleigh. O SNOM-MO demonstrou ser uma poderosa ferramenta para obter informações magnéticas locais através de medidas de susceptibilidade diferencial e de ciclos de histerese locais. Utilizando essa segunda ferramenta, foi feito um mapeamento micromagnético experimental do vetor magnetização sobre um objeto quadrado de 2m de CoFeSiBNb amorfo. As medidas obtidas forneceram informações sobre as duas quiralidades existentes em uma estrutura de domínios magnéticos de fechamento, cujo comportamento é determinado pela anisotropia de forma. O estudo também evidenciou que pinnings gerados por defeitos na superfície do objeto exercem grande influência sobre a evolução dos vetores magnetização. Devido à grande quantidade de informações locais este estudo se torna uma potencial base de dados para o desenvolvimento de modelos teóricos mais precisos e completos. Os resultados experimentais obtidos apresentam resolução melhor que 125 nm. O mapeamento nos possibilitou acesso a comportamentos magnéticos intrinsecamente locais que motivaram uma interessante discussão sobre informações de pinnings magnéticos, rotações da magnetização, campos de reversão, processos de reversibilidade da magnetização e anisotropia local. Além disso, atenção especial foi dada para a otimização instrumental dessa técnica com o objetivo de tornar o SNOM-MO um instrumento de medida com resolução nanométrica. Entre esses esforços destacamos a produção de pontas pela técnica do FIB e a introdução de um novo sistema ótico que contribuiu de forma significativa para um melhor controle da polarização da luz. / Nanoscience and nanotechnology have become keywords for scientific development in most areas of research, including magnetism. For this reason, there is a strong demand for tools devoted to nano-scale characterization. The Magnetooptical Scanning Near Field Optical Microscope (SNOM-MO) falls in this context due to be a technique of microscopy with high spatial resolution and magnetic sensitivity, estimated to be DM = 2 x 10-12 emu. In contrast to traditional optical microscopes, SNOM deals with evanescent electromagnetic radiation and, consequently, the resolution is no longer limited by the Rayleigh criterion. The SNOM-MO is a powerful tool to obtain local magnetic information through differential susceptibility and local hysteresis loops. Using this last technique, an experimental micromagnetic mapping was made for the magnetization vector on a square amorphous CoFeSiBNb object. The experimental results obtained provided information about the two chiralities existing in its closure magnetic domain structure, whose behavior is determined mainly by the shape anisotropy. The study also showed that pinnings generated by defects on surface´s object exerted great influence on the dynamic of the magnetization vectors. Due to the large amount of local magnetic information, this kind of study becomes a potential background for the development of more accurate and complete theoretical models. The experimental results demonstrate resolution better than 125 nm. This study has allowed us to access intrinsic magnetic behaviors that motivated an interesting discussion about magnetic pinnings, rotation of magnetization, reversal magnetic fields and local anisotropy. In addition, also special attention was given to the optimization of instrumental technique in order to make the SNOM-MO a measurement instrument with nanometer resolution. Among these efforts we emphasize the production of tips by FIB technique and the introduction of a new optical system which has significantly contributed to a better control of polarization of light.

Nanociência e nanotecnologia se tornaram palavras-chaves para o desenvolvimento científico da maioria das áreas de pesquisa, inclusive a de magnetismo. Por esta razão, há forte demanda por instrumentos capazes de caracterizar sistemas em escalas nanométricas. O Microscópio Ótico de Varredura em Campo Próximo no Modo Magnetoótico (SNOM-MO) se insere neste contexto por ser uma técnica de microscopia com boa resolução espacial e alta sensibilidade magnética, estimada em DM= 2 x 10-12 emu. Ao contrário da microscopia ótica tradicional, os SNOMs detetam a radiação eletromagnética evanescente e conseqüentemente, a resolução não é limitada pelo critério de Rayleigh. O SNOM-MO demonstrou ser uma poderosa ferramenta para obter informações magnéticas locais através de medidas de susceptibilidade diferencial e de ciclos de histerese locais. Utilizando essa segunda ferramenta, foi feito um mapeamento micromagnético experimental do vetor magnetização sobre um objeto quadrado de 2m de CoFeSiBNb amorfo. As medidas obtidas forneceram informações sobre as duas quiralidades existentes em uma estrutura de domínios magnéticos de fechamento, cujo comportamento é determinado pela anisotropia de forma. O estudo também evidenciou que pinnings gerados por defeitos na superfície do objeto exercem grande influência sobre a evolução dos vetores magnetização. Devido à grande quantidade de informações locais este estudo se torna uma potencial base de dados para o desenvolvimento de modelos teóricos mais precisos e completos. Os resultados experimentais obtidos apresentam resolução melhor que 125 nm. O mapeamento nos possibilitou acesso a comportamentos magnéticos intrinsecamente locais que motivaram uma interessante discussão sobre informações de pinnings magnéticos, rotações da magnetização, campos de reversão, processos de reversibilidade da magnetização e anisotropia local. Além disso, atenção especial foi dada para a otimização instrumental dessa técnica com o objetivo de tornar o SNOM-MO um instrumento de medida com resolução nanométrica. Entre esses esforços destacamos a produção de pontas pela técnica do FIB e a introdução de um novo sistema ótico que contribuiu de forma significativa para um melhor controle da polarização da luz. / Nanoscience and nanotechnology have become keywords for scientific development in most areas of research, including magnetism. For this reason, there is a strong demand for tools devoted to nano-scale characterization. The Magnetooptical Scanning Near Field Optical Microscope (SNOM-MO) falls in this context due to be a technique of microscopy with high spatial resolution and magnetic sensitivity, estimated to be DM = 2 x 10-12 emu. In contrast to traditional optical microscopes, SNOM deals with evanescent electromagnetic radiation and, consequently, the resolution is no longer limited by the Rayleigh criterion. The SNOM-MO is a powerful tool to obtain local magnetic information through differential susceptibility and local hysteresis loops. Using this last technique, an experimental micromagnetic mapping was made for the magnetization vector on a square amorphous CoFeSiBNb object. The experimental results obtained provided information about the two chiralities existing in its closure magnetic domain structure, whose behavior is determined mainly by the shape anisotropy. The study also showed that pinnings generated by defects on surface´s object exerted great influence on the dynamic of the magnetization vectors. Due to the large amount of local magnetic information, this kind of study becomes a potential background for the development of more accurate and complete theoretical models. The experimental results demonstrate resolution better than 125 nm. This study has allowed us to access intrinsic magnetic behaviors that motivated an interesting discussion about magnetic pinnings, rotation of magnetization, reversal magnetic fields and local anisotropy. In addition, also special attention was given to the optimization of instrumental technique in order to make the SNOM-MO a measurement instrument with nanometer resolution. Among these efforts we emphasize the production of tips by FIB technique and the introduction of a new optical system which has significantly contributed to a better control of polarization of light.

Este trabalho pode ser dividido em duas partes. Na primeira, estudamos a série de ligas quaternárias \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-y\'As, \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-Y\', e \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-y\'N. Estes sistemas são muito importantes do ponto de vista tecnológico, principalmente na optoeletrônica. O estudo é feito através de cálculos de estrutura eletrônica baseados na teoria do funcional da densidade (TFD) (com o uso de pseudopotenciais ultrasuaves) combinados com métodos estatísticos, como o Monte Carlo e o método da Abordagem Quase-Química Generalizada. Estes últimos foram desenvolvidos neste trabalho para descrição adequada de sistemas complexos como estas ligas semicondutoras. Obtemos suas propriedades eletrônicas, estruturais e termodinâmicas em função da composição dos átomos da liga e da temperatura de crescimento do sistema. Por último neste estudo, propomos um modelo que descreve o mecanismo de emissão de luz na liga quaternária de nitreto AlGaInN, sendo este assunto ainda bastante controverso na literatura. O modelo é baseado na formação de aglomerados de InN e GaInN, e explica as diferentes emissões no ultravioleta e no verde observados na liga AlGaInN. Na segunda parte, estudamos o sistema semicondutor magnético diluído (Ga,Mn)N que é muito promissor para futuras aplicações na nova tecnologia da spintrônica. Para isto, utilizamos também a TFD, mas dependente de spin e com o uso do método Projector Augmented Wave-PAW. Inicialmente, estudamos o MnN nas estruturas dos nitretos, que são a zincblende (zb) e a wurtzita (w). Obtemos um estado fundamental antiferromagnético (AFM) para o MnN-zb e ferromagnético (FM) para o MnN-w. No entanto, verificamos que o estado fundamental é muito suscetível à aplicação de uma tensão hidrostática, que nos levou a sugerir um modelo em que o magnetismo observado na liga GaMnN pode estar relacionado com inclusões de MnN tensionadas, com estado fundamental AFM, ou inclusões relaxadas, com estado fundamental FM. Em seguida, estudamos super-redes do tipo GaN-w/MnN-w formadas a partir de duas até seis camadas de MnN. Obtivemos um estado fundamental FM, o que é muito interessante para aplicações em spintrônica. Por último, estudamos o caso de apenas uma camada de \'Mn IND. x\'\'Ga IND. 1-x\'\'N\', imersa em GaN. Este sistema tem estado fundamental AFM e metálico para 100 % de Mn, o qual, entretanto, muda para FM e meio-metálico à medida que a concentração de Ga aumenta. Iniciamos o estudo desta liga bidimensional, propondo um Hamiltoniano modelo de Ising para descrever as interações neste sistema. / This work can be divided in two parts. In the first part, we studied the series of AlxGayIn1-x-yAs, AlxGayIn1-x-yP, and AlxGayIn1-x-yN quaternary alloys. These systems are very important in a technological point of view, mainly for optoelectronic applications. We performed band structure calculations based on Density Functional Theory (DFT) (employing ultrasoft pseudopotentials) combined with statistical methods, as the Monte Carlo and the Generalized Quasi-Chemical Approach. These two latter methods were developed in this work, in order to have a suitable description of quaternary alloys, which are very complex systems. We obtained their structural, thermodynamic, and electronic properties as a function of the atomic composition in the alloy and the growth temperature of the system. At the end of this first part, we propose a model to describe the emission mechanism in the AlGaInN quaternary alloys. This subject is still a matter of controversy in the literature. Our model is based on the formation of InN and GaInN clusters, and it explains the different light emissions in the ultraviolet and green regions of the spectrum, observed in the AlGaInN samples. In the second part of the work, we studied the diluted magnetic semiconductor system (Ga,Mn)N, which is one of the main candidates for the future applications in the spintronic new technology. For this study, we used spin DFT, solving the Kohn-Sham equations with the Projector Augmented Wave (PAW) method. Firstly, we studied the MnN in the nitrides (AlN, GaN, and InN) structures, which are the zincblende (zb) and the wurtzite (w). We obtained an antiferromagnetic (AFM) ground state for the zb-MnN, and a ferromagnetic (FM) ground state for the w-MnN. However, we verified that the ground state is very sensitive to the application of a hydrostatic strain. These results, led us to suggest that maybe the magnetism observed in the GaMnN alloys can be related with relaxed inclusions of MnN (with a FM ground state) or strained inclusions of MnN (with an AFM ground state). After this, we studied w-GaN/w-MnN superlattices, with the MnN layer formed by 2, 4, and 6 monolayers of w-MnN. We obtained a FM ground state for this system, which is very interesting for spintronic applications. Finally, we studied the case of only one monolayer of MnxGa1-xN in w-GaN. This system presents an AFM ground state for 100 % of Mn, but changes to a FM half-metalic state as the Ga composition increases. In this work we started the study of the MnxGa1-x \"bidimensional alloy\" system, proposing an Ising model Hamiltonian to describe the interactions among the Mn atoms in the system.

Quais propriedades magnéticas são modificadas quando se agrupam átomos de Fe/Co para formar estruturas quasi-2D, se comparadas aos nanofios (quasi-1D) de FexCo1-x? E como estas propriedades reagem com a variação da proporção de Fe/Co nos aglomerados? A fim de responder a estas questões, trímeros de FexCo1-x depositados em Pt(111) são investigados utilizando o método de primeiros princípios Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA) no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Diferentes configurações de trímeros triangulares são consideradas, variando-se as posições e a concentração dos átomos de Fe/Co. Neste trabalho, demonstra-se a ocorrência de uma tendência não-linear estritamente decrescente dos momentos orbitais médios como função da concentração de Fe, distinta do encontrado tanto para os nanofios de FexCo1-x (dependência linear) quanto para a monocamada correspondente (dependência não-linear). Os resultados obtidos mostram ainda que os momentos orbitais variam com o ambiente local e com a direção de magnetização, especialmente quando associados aos átomos de Co, em concordância com publicações anteriores. A mudança de dimensionalidade quasi-1D (nanofios) para quasi-2D (trímeros compactos) não afeta o comportamento dos momentos de spin, que permanecem descritos por uma função linear com respeito à proporção de Fe/Co. Ambos o formato e a concentração de Fe nos sistemas apresentam um papel importante nos valores de energia de anisotropia magnética. Em adição, observou-se que o subtrato de Pt opera ativamente na definição das propriedades magnéticas dos aglomerados. Embora todas as configurações lineares e compactas dos aglomerados de FexCo1-x sejam estáveis e exibam interações fortemente ferromagnéticas entre os primeiros vizinhos, nem todas revelaram o ordenamento colinear como estado fundamental, apresentando uma interação de Dzyaloshinskii-Moriya não-desprezível induzida pelo acoplamento spin-órbita. Estes casos específicos são: o trímero triangular de Co puro e o trímero linear (nanofio) de Fe puro, para o qual foi verificado o acoplamento do tipo Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida entre os átomos de Fe constituintes. Os resultados obtidos contribuem para o entendimento de quais mecanismos definem o magnetismo nos trímeros de FexCo1-x/Pt(111), e discutem as questões presentes atualmente na literatura no contexto destes sistemas. / Which nanomagnetic properties change when we group Fe/Co atoms to form quasi-2D structures, in comparison with FexCo1-x nanowires quasi-1D arrangements? And how these properties react with the Fe/Co proportion variation? To answer these questions, FexCo1-x trimers deposited on the Pt(111) surface are investigated with the first-principles Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA) method in the framework of the Density Functional Theory (DFT). Different configurations of triangular trimers are considered, varying the positions and concentration of Fe/Co atoms. We demonstrate the occurrence of a strictly decreasing nonlinear trend of the average orbital moments with the Fe concentration, different from what was found for FexCo1-x/Pt(111) nanochains (linear dependence), but also contrasting to the monolayer behavior (nonlinear dependence). Our results show that the orbital moments change with local environment and the direction of magnetization, especially for Co atoms, in agreement with previous investigations. When the structures deposited on Pt(111) change from quasi-1D (nanowires) to quasi-2D (compact trimers) arrangements, the average spin moments are still described by a linear function with respect to Fe/Co proportion. Both the Fe concentration and shape of the system have an important role on the magnetic anisotropy energy values. In addition, we observed that Pt substrate operates actively on the obtained magnetic properties. Although all studied linear and compact FexCo1-x configurations are stable and substantially ferromagnetic for nearest-neighbors interactions, not all revealed a collinear magnetic ordering as ground state, presenting a non-negligible Dzyaloshinskii-Moriya interaction induced by spin-orbit coupling. For this particular case we can mention the triangular pure Co trimer and the linear (nanowire) pure Fe trimer, which shows a Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-like coupling between the constituent Fe atoms. The obtained results contribute to the understanding of which mechanisms define the magnetism of FexCo1-x/Pt(111) trimers, and discuss issues currently present in literature in the context of these systems.

Este trabalho pode ser dividido em duas partes. Na primeira, estudamos a série de ligas quaternárias \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-y\'As, \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-Y\', e \'Al IND. x\'\'Ga IND. y\'\'In IND. 1-x-y\'N. Estes sistemas são muito importantes do ponto de vista tecnológico, principalmente na optoeletrônica. O estudo é feito através de cálculos de estrutura eletrônica baseados na teoria do funcional da densidade (TFD) (com o uso de pseudopotenciais ultrasuaves) combinados com métodos estatísticos, como o Monte Carlo e o método da Abordagem Quase-Química Generalizada. Estes últimos foram desenvolvidos neste trabalho para descrição adequada de sistemas complexos como estas ligas semicondutoras. Obtemos suas propriedades eletrônicas, estruturais e termodinâmicas em função da composição dos átomos da liga e da temperatura de crescimento do sistema. Por último neste estudo, propomos um modelo que descreve o mecanismo de emissão de luz na liga quaternária de nitreto AlGaInN, sendo este assunto ainda bastante controverso na literatura. O modelo é baseado na formação de aglomerados de InN e GaInN, e explica as diferentes emissões no ultravioleta e no verde observados na liga AlGaInN. Na segunda parte, estudamos o sistema semicondutor magnético diluído (Ga,Mn)N que é muito promissor para futuras aplicações na nova tecnologia da spintrônica. Para isto, utilizamos também a TFD, mas dependente de spin e com o uso do método Projector Augmented Wave-PAW. Inicialmente, estudamos o MnN nas estruturas dos nitretos, que são a zincblende (zb) e a wurtzita (w). Obtemos um estado fundamental antiferromagnético (AFM) para o MnN-zb e ferromagnético (FM) para o MnN-w. No entanto, verificamos que o estado fundamental é muito suscetível à aplicação de uma tensão hidrostática, que nos levou a sugerir um modelo em que o magnetismo observado na liga GaMnN pode estar relacionado com inclusões de MnN tensionadas, com estado fundamental AFM, ou inclusões relaxadas, com estado fundamental FM. Em seguida, estudamos super-redes do tipo GaN-w/MnN-w formadas a partir de duas até seis camadas de MnN. Obtivemos um estado fundamental FM, o que é muito interessante para aplicações em spintrônica. Por último, estudamos o caso de apenas uma camada de \'Mn IND. x\'\'Ga IND. 1-x\'\'N\', imersa em GaN. Este sistema tem estado fundamental AFM e metálico para 100 % de Mn, o qual, entretanto, muda para FM e meio-metálico à medida que a concentração de Ga aumenta. Iniciamos o estudo desta liga bidimensional, propondo um Hamiltoniano modelo de Ising para descrever as interações neste sistema. / This work can be divided in two parts. In the first part, we studied the series of AlxGayIn1-x-yAs, AlxGayIn1-x-yP, and AlxGayIn1-x-yN quaternary alloys. These systems are very important in a technological point of view, mainly for optoelectronic applications. We performed band structure calculations based on Density Functional Theory (DFT) (employing ultrasoft pseudopotentials) combined with statistical methods, as the Monte Carlo and the Generalized Quasi-Chemical Approach. These two latter methods were developed in this work, in order to have a suitable description of quaternary alloys, which are very complex systems. We obtained their structural, thermodynamic, and electronic properties as a function of the atomic composition in the alloy and the growth temperature of the system. At the end of this first part, we propose a model to describe the emission mechanism in the AlGaInN quaternary alloys. This subject is still a matter of controversy in the literature. Our model is based on the formation of InN and GaInN clusters, and it explains the different light emissions in the ultraviolet and green regions of the spectrum, observed in the AlGaInN samples. In the second part of the work, we studied the diluted magnetic semiconductor system (Ga,Mn)N, which is one of the main candidates for the future applications in the spintronic new technology. For this study, we used spin DFT, solving the Kohn-Sham equations with the Projector Augmented Wave (PAW) method. Firstly, we studied the MnN in the nitrides (AlN, GaN, and InN) structures, which are the zincblende (zb) and the wurtzite (w). We obtained an antiferromagnetic (AFM) ground state for the zb-MnN, and a ferromagnetic (FM) ground state for the w-MnN. However, we verified that the ground state is very sensitive to the application of a hydrostatic strain. These results, led us to suggest that maybe the magnetism observed in the GaMnN alloys can be related with relaxed inclusions of MnN (with a FM ground state) or strained inclusions of MnN (with an AFM ground state). After this, we studied w-GaN/w-MnN superlattices, with the MnN layer formed by 2, 4, and 6 monolayers of w-MnN. We obtained a FM ground state for this system, which is very interesting for spintronic applications. Finally, we studied the case of only one monolayer of MnxGa1-xN in w-GaN. This system presents an AFM ground state for 100 % of Mn, but changes to a FM half-metalic state as the Ga composition increases. In this work we started the study of the MnxGa1-x \"bidimensional alloy\" system, proposing an Ising model Hamiltonian to describe the interactions among the Mn atoms in the system.

Quais propriedades magnéticas são modificadas quando se agrupam átomos de Fe/Co para formar estruturas quasi-2D, se comparadas aos nanofios (quasi-1D) de FexCo1-x? E como estas propriedades reagem com a variação da proporção de Fe/Co nos aglomerados? A fim de responder a estas questões, trímeros de FexCo1-x depositados em Pt(111) são investigados utilizando o método de primeiros princípios Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA) no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Diferentes configurações de trímeros triangulares são consideradas, variando-se as posições e a concentração dos átomos de Fe/Co. Neste trabalho, demonstra-se a ocorrência de uma tendência não-linear estritamente decrescente dos momentos orbitais médios como função da concentração de Fe, distinta do encontrado tanto para os nanofios de FexCo1-x (dependência linear) quanto para a monocamada correspondente (dependência não-linear). Os resultados obtidos mostram ainda que os momentos orbitais variam com o ambiente local e com a direção de magnetização, especialmente quando associados aos átomos de Co, em concordância com publicações anteriores. A mudança de dimensionalidade quasi-1D (nanofios) para quasi-2D (trímeros compactos) não afeta o comportamento dos momentos de spin, que permanecem descritos por uma função linear com respeito à proporção de Fe/Co. Ambos o formato e a concentração de Fe nos sistemas apresentam um papel importante nos valores de energia de anisotropia magnética. Em adição, observou-se que o subtrato de Pt opera ativamente na definição das propriedades magnéticas dos aglomerados. Embora todas as configurações lineares e compactas dos aglomerados de FexCo1-x sejam estáveis e exibam interações fortemente ferromagnéticas entre os primeiros vizinhos, nem todas revelaram o ordenamento colinear como estado fundamental, apresentando uma interação de Dzyaloshinskii-Moriya não-desprezível induzida pelo acoplamento spin-órbita. Estes casos específicos são: o trímero triangular de Co puro e o trímero linear (nanofio) de Fe puro, para o qual foi verificado o acoplamento do tipo Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida entre os átomos de Fe constituintes. Os resultados obtidos contribuem para o entendimento de quais mecanismos definem o magnetismo nos trímeros de FexCo1-x/Pt(111), e discutem as questões presentes atualmente na literatura no contexto destes sistemas. / Which nanomagnetic properties change when we group Fe/Co atoms to form quasi-2D structures, in comparison with FexCo1-x nanowires quasi-1D arrangements? And how these properties react with the Fe/Co proportion variation? To answer these questions, FexCo1-x trimers deposited on the Pt(111) surface are investigated with the first-principles Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA) method in the framework of the Density Functional Theory (DFT). Different configurations of triangular trimers are considered, varying the positions and concentration of Fe/Co atoms. We demonstrate the occurrence of a strictly decreasing nonlinear trend of the average orbital moments with the Fe concentration, different from what was found for FexCo1-x/Pt(111) nanochains (linear dependence), but also contrasting to the monolayer behavior (nonlinear dependence). Our results show that the orbital moments change with local environment and the direction of magnetization, especially for Co atoms, in agreement with previous investigations. When the structures deposited on Pt(111) change from quasi-1D (nanowires) to quasi-2D (compact trimers) arrangements, the average spin moments are still described by a linear function with respect to Fe/Co proportion. Both the Fe concentration and shape of the system have an important role on the magnetic anisotropy energy values. In addition, we observed that Pt substrate operates actively on the obtained magnetic properties. Although all studied linear and compact FexCo1-x configurations are stable and substantially ferromagnetic for nearest-neighbors interactions, not all revealed a collinear magnetic ordering as ground state, presenting a non-negligible Dzyaloshinskii-Moriya interaction induced by spin-orbit coupling. For this particular case we can mention the triangular pure Co trimer and the linear (nanowire) pure Fe trimer, which shows a Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-like coupling between the constituent Fe atoms. The obtained results contribute to the understanding of which mechanisms define the magnetism of FexCo1-x/Pt(111) trimers, and discuss issues currently present in literature in the context of these systems.