Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / In this dissertation, we studied the electronic properties of a graphene nanoestructure under influence of external fields. We considered the application of an uniform transversal electric field and an uniform perpendicular magnetic field. Using a nearest-neighbor Tigh-binding model, we investigated how those fields change the band structure and the local density of states (LDOS) of the system. Then, we studied the transport properties of nanostructures. We assumed ballistic transport due to the long mean free path of graphene. Through a numerical model that it consists in solving the Tight-binding Hamiltonian in real space and the combination of the boundary conditions between the central region and the reservoir, we calculated the transmission coefficients for two specifics systems: First, for a graphene ribbon under the influence of a transversal electric field in a region of finite length; Next, for a three terminal ballistic junction (JBTT) of graphene under the influence of a transversal electric field in the region immediately before the junction. / Nesta dissertaÃÃo, estudamos as propriedades eletrÃnicas de nanoestruturas de grafeno submetidas a campos externos. Consideramos a aplicaÃÃo de um campo elÃtrico uniforme transversal e um campo magnÃtico uniforme perpendicular à estrutura. Utilizando um modelo Tight-binding com hopping de primeiros vizinhos, vimos como esses campos modificam a estrutura de bandas e a densidade local de estados (LDOS) do sistema. Em seguida, estudamos as propriedades de transporte das nanoestruturas. Consideramos transporte balÃstico devido ao longo livre caminho mÃdio do grafeno. AtravÃs de um modelo numÃrico que consiste em resolver o Hamiltoniano Tight-binding no espa ̧co real e combinar condiÃÃes de contorno entre a regiÃo central e os reservatÃrios, calculamos os coeficientes de transporte para dois sistemas especÃficos: Primeiro, para uma nanofita de grafeno submetida a um campo elÃtrico transversal em uma regiÃo de extensÃo finita. Em seguida, para uma junÃÃo balÃstica de trÃs terminais (JBTT) de grafeno submetida a um campo elÃtrico transversal na regiÃo imediatamente adjacente à junÃÃo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Nesta tese estudamos a influÃncia de potenciais de confinamento externos nas propriedades dinÃmicas de sistemas de matÃria condensada mole. Analisamos as propriedades difusivas de dois sistemas especÃficos utilizando simulaÃÃes computacionais (DinÃmica Molecular de Langevin e DinÃmica Browniana). No CapÃtulo 1, introduzimos o tÃpico sobre matÃria condensada mole. Mostramos vÃrios aspectos teÃricos e experimentais neste tipo de sistema. Fazemos uma breve introduÃÃo ao tÃpico de difusÃo, onde discutimos os principais aspectos do movimento Browniano. Introduzimos o problema de difusÃo em linha (SFD, do inglÃs "single-file diffusion") e o discutimos, teorica e experimentalmente, no contexto de sistemas de matÃria condensada mole. No CapÃtulo 2, introduzimos os mÃtodos computacionais utilizados nesta tese. Discutimos os mÃtodos de DinÃmica Molecular e suas variantes, o mÃtodo de DinÃmica de Langevin e DinÃmica Browniana. TambÃm introduzimos algoritmos de integraÃÃo utilizados nos capÃtulos posteriores. Nos Caps. 3, 4 e 5, analisamos dois sistemas distintos, (i) um sistema de partÃculas de Yukawa confinadas em um canal parabÃlico quasi-unidimensional (q1D) e (ii) um sistema de colÃides magnÃticos sob a influÃncia de um potencial parabÃlico e uma modulaÃÃo periÃdica externa ao longo da direÃÃo nÃo confinada. No primeiro sistema, estudamos a transiÃÃo do regime de difusÃo em linha (SFD) para o regime de difusÃo normal (2D). No segundo sistema, estudamos os efeitos de vÃrios parÃmetros que caracterizam o sistema (e.g., a magnitude do campo magnÃtico externo e a presenÃa da modulaÃÃo periÃdica externa) em suas propriedades dinÃmicas. Finalmente, apresentamos um sumÃrio dos principais resultados obtidos nesta tese e mostramos algumas questÃes em aberto como perspectivas para pesquisas futuras na Ãrea de difusÃo em sistemas de matÃria condensada mole. / In this thesis we study the influence of external confinement potentials on the dynamical properties of soft condensed matter systems. We analyze the diffusive properties of two specific systems by means of Langevin and Brownian Dynamics simulations. In Chapter 1, we introduce the subject of soft condensed matter. We show several theoretical and experimental aspects of these type of systems. We make a brief introduction to the topic of diffusion, where we discuss main aspects of Brownian motion. We introduce the single-file diffusion (SFD) problem and discuss it in the context of soft condensed matter systems, both theoretically and experimentally. In Chapter 2, we introduce the computational method used in this thesis. We discuss Molecular Dynamics (MD) and its variants, Langevin and Brownian Dynamics simulations. We also introduce numerical algorithms used in the following chapters. In Chapters 3, 4 and 5, we analyze two different systems, namely (i) a system of interacting Yukawa particles confined in a parabolic quasi-one-dimensional (q1D) channel and (ii) a system of magnetic colloidal particles under the influence of both a parabolic confinement potential and a periodic external modulation along the unconfined direction. In the former, we study the transition from the single-file diffusion (SFD) regime to the two-dimensional (2D) diffusion regime. In the latter, we study the influence of several parameters that characterizes the system, e.g., the strength of an external magnetic field and the periodic modulation along the unconfined direction, on its dynamical properties. Finally, we present the summary of the main findings reported in this thesis and we show some open questions as perspectives for future research in the field of diffusion in soft condensed matter systems.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Neste trabalho investigamos as propriedades vibracionais do molibidato de Ãtrio hidratado e anidro em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica. A anÃlise dos modos vibracionais mostra que esse material experimenta uma transiÃÃo de fase da estrutura ortorrÃmbica para uma fase de mais baixa simetria para valores de pressÃo em torno de 0,3 GPa, provavelmente monoclÃnica, antes de se transformar em uma estrutura com alto grau de desordem a partir de 2,4 GPa. A transiÃÃo estrutural da fase ordenada para a fase desordenada nÃo à reversÃvel, indicando que o material provavelmente entrou em um estado de amorfizaÃÃo. O comportamento dos modos vibracionais em funÃÃo da pressÃo à discutido tendo como base cÃlculos de dinÃmica de rede.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior

Polymorphism, defined as the ability of a molecule (or a set of molecules) to adopt several packing arrangements, became, in the last decades, a field of research on its own. Among other advantages of studying polymorphic systems, one can cite the study of the influence of molecular packing on solid-state properties, a better understanding of nucleation and crystal growth mechanisms. These advantages became relevant due to their impacts on the control of bioavailability and processes in pharmaceutical industry. In the present work we study the polymorphism of a pharmaceutical substance, the modafinil, which is the active pharmaceutical ingredient (API) of the ProvigilÂ. Modafinil, whose chemical name and structural formula are, respectively, 2-[(diphenylmethyl)sulfinyl]acetamide and C15H15NO2S, is indicated in the treatment of narcolepsy, specifically the excessive daytime sleepiness (EDS), which is a narcolepsy side effect. Up to now, seven polymorphic forms of modafinil have been observed and the polymorphic forms I and III are the most stable ones. The determination of the crystalline structures of the forms I and III showed that there are two independent molecules, which are enantiomers, in each one of these polymorphs. Besides, modafinil has been crystallized in the forms R and S obtained after the separation of the enantiomers. DFT calculations were performed to investigate the conformational stability of the molecules of modafinil. The main torsions of the molecules were scanned in order to identify the stable conformations, which were compared with independent ones obtained from the crystalline structures determined experimentally. For each calculated conformation, we also calculated the vibrational spectra. These theoretical results were compared with the Raman spectra of the polymorph III of modafinil. In such a way, the main features of the vibrational spectra that allow the polymorph discrimination were correlated with molecular groups associated to these vibrational modes providing an insight into the intra- and intermolecular interaction associated to the polymorphism of modafinil. / O polimorfismo, definido como a habilidade de uma molÃcula (ou um conjunto de molÃculas) de adotar diferentes arranjos estruturais, tornou-se, nas Ãltimas dÃcadas, um campo de pesquisa bastante intenso. Dentre outras vantagens de estudar sistemas polimÃrficos, podemos destacar o estudo da influÃncia do empacotamento molecular nas propriedades de estado sÃlido, um melhor entendimento dos mecanismos de crescimento dos cristais. Estas caracterÃsticas ganharam relevÃncia devido a seu impacto no controle da biodisponibilidade e dos processos da indÃstria farmacÃutica. Neste trabalho, focamos nosso estudo no polimorfismo de uma substÃncia farmacÃutica, o modafinil, que à o ingrediente ativo no ProvigilÂ. O modafinil, cuja nomenclatura quÃmica e fÃrmula molecular sÃo, respectivamente, 2-[(difenilmetil)sulfinil]acetamida e C15H15NO2S, à indicado para o tratamento da narcolepsia, mais especificamente o "excesso de sono diurno", que à uma das conseqÃÃncias desta doenÃa. Atà agora, sete formas polimÃrficas do modafinil foram observadas, sendo as formas I e III as mais estÃveis. A determinaÃÃo da estrutura cristalina das formas I e III mostra que existem duas molÃculas independentes em cada um desses polimorfos, as quais sÃo enantiÃmeras. AlÃm disso, o modafinil tambÃm foi cristalizado nas formas R e S obtidas apÃs a separaÃÃo dos enantiÃmeros. Neste trabalho usamos cÃlculos de DFT para investigar a estabilidade conformacional do modafinil. As principais torÃÃes das molÃculas foram varridas com o objetivo de identificar as conformaÃÃes estÃveis, que foram entÃo comparadas com as molÃculas independentes observadas nas estruturas cristalinas determinadas experimentalmente. Para cada conformaÃÃo calculada, tambÃm determinamos o espectro vibracional. Esses resultados teÃricos foram comparados com o espectro Raman do polimorfo III do modafinil. As principais caracterÃsticas do espectro vibracional, que permitem a caracterizaÃÃo do polimorfo, foram relacionadas com os grupos moleculares associados aos modos normais de vibraÃÃo, fornecendo informaÃÃes sobre as interaÃÃes intra- e intermoleculares associadas com o polimorfismo do modafinil.