Neste trabalho foram estudadas correlações entre estrutura e propriedades de certos revestimentos baseados em filmes finos cerâmicos, mais especificamente carbeto de vanádio, nitreto de silício e nitreto de titânio sobre titânio. As condições e parâmetros de deposição dos filmes, tais como composição e fluxo dos gases reativos, temperatura do substrato e outras, foram variados para obter filmes com composições, densidades e espessuras convenientes. As características físico-químicas dos filmes foram determinadas mediante a utilização de um grande número de ferramentas analíticas, descritas no texto. A avaliação do comportamento mecânico, tribológico e de resistência à corrosão dos filmes também foram determinadas por um apreciável número de métodos, os quais são descritos em detalhes no texto. Os resultados indicam algumas correlações importantes entre dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão por um lado, e composição, densidade real e estrutura cristalina, por outro lado. Da mesma forma, foi possível estabelecer fatos novos sobre a adesão de filmes finos a substratos de aço e o transporte de diferentes espécies químicas envolvidas através de estruturas TiN/Ti/aço nitretado. Perspectivas para a continuidade do trabalho de pesquisa aqui relatado são discutidas no capítulo de Conclusões. / We report here on the investigation of correlations between structure and properties of certain coatings based on ceramic thin films, more specifically vanadium carbide, silicon nitride and titanium nitride on titanium. The films deposition conditions and parameters, such as the reactive gases compositions and flux, the substrate temperature during deposition and others, were varied in order to obtain films with convenient composition, density and thickness. The physicochemical characteristics of the films were determined by a large number of analytical techniques, as described in the text. The evaluation of the mechanical, tribologic, and corrosion behavior of the thin film coatings was also determined by a substantial number of techniques, all described in the text. The results indicate some important correlations between hardness, wear and corrosion resistance on one hand, and composition, real density, and crystalline structure on the other hand. In the same lines, it was possible to establish new facts about adhesion of thin film coatings on steel substrates and the transport of the involved chemical species across TiN/Ti/nitrided steel structures. The prospects for continuations of this work are discussed in the Conclusões chapter.

Neste trabalho serão apresentados resultados recentes de estudos de magnetorresistência gigante (GMR), na configuração corrente perpendicular ao plano, e de transferência de spin (TS) em multicamadas magnéticas. Para tal foram desenvolvidos sistemas de análise magnetorresistiva, assim como a preparação de amostras. O ponto fundamental para este tipo de estudo está, basicamente, na construção de sistemas que apresentam alta densidade de corrente e com estabilidade. Com o objetivo de contornar estas dificuldades, o problema foi abordado em duas frentes de estudo: i) nanocontatos e nanopilares, e ii) nanoponteiras. Os nanocontatos e as nanopilares são estruturas que apresentam características similares às multicamadas convencionais, mas que apresentam dimensões laterais de ordem nanométrica. Elas podem ser fabricadas por nanolitografia, tornando a confecção das amostras bastante delicada e complexa. Nesta etapa do trabalho dois tipos de materiais foram utilizados como camada para a gravura: PMMA e alumina. No primeiro caso, PMMA, técnicas de litografia por microscopia de força atômica (AFM) e feixe de elétrons foram utilizadas. No caso da alumina utilizou-se litografia por feixe de íons focalizados (FIB). Nos estudos via nanoponteiras destacam-se duas características importantes: a construção das nanoestruturas e a estabilidade do sistema de medidas. Para a fabricação foram utilizados fio de tungstênio, os quais foram preparados por eletrocorrosão. Durante o desenvolvimento das ponteiras foram feitas algumas modificações que resultaram numa otimização da estrutura final. As principais foram: uso de um campo magnético estático durante a corrosão, gerando um melhora significativa da qualidade das ponteiras e o recobrimento da região nanoscópica por uma camada de material magnético. O aparato de medida também sofreu várias transformações durante o desenvolvimento da tese. Um conjunto de melhorias na estabilidade e na aproximação das nanoponteiras acarretaram em melhoras na qualidade e na reprodutibilidade das medidas. Os principais resultados apresentados nesta tese são: i) desenvolvimento de técnicas de fabricação de sistemas nanométricos para análise dos efeitos de magnetorresistência gigante e de transferência de spin; ii) o uso de PMMA e alumina para a gravação nanolitografada; iii) condições ótimas para a obtenção de nanoponteiras; e iv) observação da função de camada polarizadora de spin, quando a nanoponteira é recoberta por material magnético. / In this work, spin transference and current perpendicular to the plane giant magnetoresistance (GMR) studies are presented. Specific measurement system and samples were also prepared. The crucial point concern these type of measurements is the design of devices that allow stable and high current densities. In this way, two approaches were considered: i) nanocontact and nanopillar systems and; ii) nanotip systems. Nanocontacts and nanopillars are structures defined by nanometric lateral dimensions. It can be fabricated through nanolithography techniques which are intrinsically complex. In the current work, two different materials were used as lithography mask: PMMA and alumina. For the first one, PMMA, atomic force microscopy (AFM) and e-beam lithography techniques were performed. For alumina, focus ion beam (FIB) lithography was used. In the nanotips experiments, two important issues were overcome: the fabrication of the nanostructures and the measurement system stability. For the nanotip fabrication, tungsten wires were subjected to electrocorrosion. Some process improvements were developed such as the use of static magnetic field during the corrosion, which leads to better tip quality. Also, processes involving tip coating by magnetic layers were developed. The measurement apparatus was also improved during the current research. The stability of the system and the tip approach to the surface are some crucial points which were improved leading to better measurement quality and reproducibility. The principal results of this thesis can be summarized as: i) development of nanometric structures to spin transference and giant magnetoresistance experiments; ii) the use of PMMA and alumina layers in the fabrication of nanocontacs and nanopillars; iii) the improvement of nanotip fabrication; iv) the observation of exchange in the spin polarizer layer when using magnetic coated nanotips.

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver novos materiais magnéticos para ímãs de alta performance. Duas classes de materiais foram estudadas: materiais a base de (Nd,Sm)5(Fe,MT)17, onde MT é um metal de transição, e materiais nanocristalinos a base de (Nd,Pr)FeB com adições de TiC. As ligas (Nd,Sm)5(Fe,MT)17 foram preparadas por fusão em forno de arco e posteriormente foram tratadas termicamente por longos períodos (no mínimo 30 dias). Tentamos melhorar as propriedades magnéticas por meio de substituições químicas (Ti, Co, Mn, etc.) e/ou por introdução intersticial de deutério ou nitrogênio. As amostras foram caracterizadas via análise termomagnética (TMA), magnetometria de baixas temperaturas, difração de raios X e de nêutrons, e espectroscopia Mössbauer. Os principais resultados foram: a) aumento de Tc de até 70 º C; b) localização dos átomos de deutério na redecristalina. Ligas de (Nd,Pr) com adição de TiC foram preparadas por fusão de arco, sendo processadas via "melt spinning" e passando por tratamentos térmicos variados. Os promissores resultados na literatura para Nd2Fe14B+TiC foram obtidos também para Pr2Fe14B + TiC, mas não para os sistemas compostos pela fase φ e Fe3B com TiC. Porém, bons resultados foram obtidos em sistemas compostos pelas fases φ e α–Fe, com aumento de até 30% nos valores de campo coercivo Hc e aumentos de até 15% de (BH)max. / The aim of the present work was to develop new improved magnetic materials suitable for permanent magnets. Two kinds of materials were studied: (Nd,Sm)5(Fe,MT)17 based materials, were MT is a transition metal and, (Nd,Pr)FeB nanocrystalline materials (exchange spring magnets) with TiC additions. The 5:17 alloys were melted in an arc melting furnace followed by a long annealing (at least 30 days). We tried to improve the magnetic properties by means of chemical substitutions (Ti, Co, Mn, etc.) and/or by addition of interstitial atoms of deuterium or nitrogen. The samples were characterized by means of thermomagnetic analysis (TMA), low temperature magnetometry, X ray and neutron diffraction, and Mössbauer spectroscopy. The main results were: a) increase of Tc temperature (up to 70 ºC) and; b) determination of interstitial sites for deuterium. (Nd,Pr)FeB alloys with TiC additions were melted in an arc melting furnace, being processed in a melt spinner system. After the samples were heat treated at different temperatures. The promissing literature results for Nd2Fe14B+TiC were also obtained for Pr2Fe14B + TiC, but not for systems composed by Pr2Fe14B and Fe3B phases with TiC additions. However, good results were obtained in systems composed by Pr2Fe14B and α-Fe with TiC additions, with 30% increase on coercive field values Hc, and 15% increase on (BH)max.

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.

São investigadas as modificações na anisotropia magnética de exchange bias (EB) de filmes finos de IrMn/Cu/Co induzidas pela irradiação de íons. Os filmes são constituídos de uma camada antiferromagnética (AF) de IrMn acoplada a uma camada ferromagnética de cobalto (Co), separadas por um espaçador não-magnético de cobre (Cu). Irradiações com íons de He+ a baixa energia foram feitas para diferentes fluências e correntes, na presença de um campo magnético de aproximadamente 5 kOe. Amostras com e sem espaçador de Cu foram irradiadas e vários feixes a diferentes energias e fluências foram empregados, de modo a compreender os processos físicos responsáveis pelas modificações observadas nas propriedades magnéticas. Uma completa reorientação do EB na direção do campo aplicado durante as irradiações é observada, assim como e obtido um aumento do campo de exchange bias (HER) com a fluência. O aumento do HEB induzido pela irradiação, e maior que o obtido via tratamento térmico. Um aumento maior e mais rápido do HEB e obtido para as amostras sem espaçador de Cu. O papel da excitação eletrônica e dos defeitos causados pela irradiação iônica e investigado usando íons de H+ e Ne+ a energias escolhidas. Uma dependência das modificações provocadas no EB com os defeitos causados pelos íons e bem estabelecida. Os resultados observados são explicados através de um modelo fenomenológico que leva em conta as modificações induzidas na estrutura granular do material AF pela irradiação iônica. / The modifications of the magnetic anisotropy (exchange bias, EB) induced by ion irradiation in IrMn/Cu/Co thin films are investigated. The films consist of an antiferromagnetic (AF) layer (IrMn), coupled to a ferromagnetic one (Co) separated by a non-magnetic spacer (Cu). Low energy He+ irradiation has been performed for different ion fluenciesiand currents, in an external magnetic field of about 5 kOe. In addition, two different samples have been irradiated (with and without Cu spacer) and ions of other elements, with different energies, have also been used in order to understand the underlying physical processes responsible for the observed modifications of the magnetic properties. A complete reorientation of the EB direction towards that of the applied field during irradiation is observed. Moreover, an increase of the EB field HEB with the ion fluence is obtained. The enhancement of HEB due to the ion irradiation, is larger than that obtained by standard thermal annealing procedure. A faster and larger increase of the HEB is observed for the samples without Cu spacer. The role of ion-induced damage and electronic excitation is investigated by using H+ and Ne+ ions at selected energies. The dependence of the EB modifications with the ion damage is well established. The observed findings are then explained through a phenomenological model which takes into account the modification of AF granular structure induced by the ion irradiation.

Neste trabalho foram estudadas correlações entre estrutura e propriedades de certos revestimentos baseados em filmes finos cerâmicos, mais especificamente carbeto de vanádio, nitreto de silício e nitreto de titânio sobre titânio. As condições e parâmetros de deposição dos filmes, tais como composição e fluxo dos gases reativos, temperatura do substrato e outras, foram variados para obter filmes com composições, densidades e espessuras convenientes. As características físico-químicas dos filmes foram determinadas mediante a utilização de um grande número de ferramentas analíticas, descritas no texto. A avaliação do comportamento mecânico, tribológico e de resistência à corrosão dos filmes também foram determinadas por um apreciável número de métodos, os quais são descritos em detalhes no texto. Os resultados indicam algumas correlações importantes entre dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão por um lado, e composição, densidade real e estrutura cristalina, por outro lado. Da mesma forma, foi possível estabelecer fatos novos sobre a adesão de filmes finos a substratos de aço e o transporte de diferentes espécies químicas envolvidas através de estruturas TiN/Ti/aço nitretado. Perspectivas para a continuidade do trabalho de pesquisa aqui relatado são discutidas no capítulo de Conclusões. / We report here on the investigation of correlations between structure and properties of certain coatings based on ceramic thin films, more specifically vanadium carbide, silicon nitride and titanium nitride on titanium. The films deposition conditions and parameters, such as the reactive gases compositions and flux, the substrate temperature during deposition and others, were varied in order to obtain films with convenient composition, density and thickness. The physicochemical characteristics of the films were determined by a large number of analytical techniques, as described in the text. The evaluation of the mechanical, tribologic, and corrosion behavior of the thin film coatings was also determined by a substantial number of techniques, all described in the text. The results indicate some important correlations between hardness, wear and corrosion resistance on one hand, and composition, real density, and crystalline structure on the other hand. In the same lines, it was possible to establish new facts about adhesion of thin film coatings on steel substrates and the transport of the involved chemical species across TiN/Ti/nitrided steel structures. The prospects for continuations of this work are discussed in the Conclusões chapter.

Neste trabalho serão apresentados resultados recentes de estudos de magnetorresistência gigante (GMR), na configuração corrente perpendicular ao plano, e de transferência de spin (TS) em multicamadas magnéticas. Para tal foram desenvolvidos sistemas de análise magnetorresistiva, assim como a preparação de amostras. O ponto fundamental para este tipo de estudo está, basicamente, na construção de sistemas que apresentam alta densidade de corrente e com estabilidade. Com o objetivo de contornar estas dificuldades, o problema foi abordado em duas frentes de estudo: i) nanocontatos e nanopilares, e ii) nanoponteiras. Os nanocontatos e as nanopilares são estruturas que apresentam características similares às multicamadas convencionais, mas que apresentam dimensões laterais de ordem nanométrica. Elas podem ser fabricadas por nanolitografia, tornando a confecção das amostras bastante delicada e complexa. Nesta etapa do trabalho dois tipos de materiais foram utilizados como camada para a gravura: PMMA e alumina. No primeiro caso, PMMA, técnicas de litografia por microscopia de força atômica (AFM) e feixe de elétrons foram utilizadas. No caso da alumina utilizou-se litografia por feixe de íons focalizados (FIB). Nos estudos via nanoponteiras destacam-se duas características importantes: a construção das nanoestruturas e a estabilidade do sistema de medidas. Para a fabricação foram utilizados fio de tungstênio, os quais foram preparados por eletrocorrosão. Durante o desenvolvimento das ponteiras foram feitas algumas modificações que resultaram numa otimização da estrutura final. As principais foram: uso de um campo magnético estático durante a corrosão, gerando um melhora significativa da qualidade das ponteiras e o recobrimento da região nanoscópica por uma camada de material magnético. O aparato de medida também sofreu várias transformações durante o desenvolvimento da tese. Um conjunto de melhorias na estabilidade e na aproximação das nanoponteiras acarretaram em melhoras na qualidade e na reprodutibilidade das medidas. Os principais resultados apresentados nesta tese são: i) desenvolvimento de técnicas de fabricação de sistemas nanométricos para análise dos efeitos de magnetorresistência gigante e de transferência de spin; ii) o uso de PMMA e alumina para a gravação nanolitografada; iii) condições ótimas para a obtenção de nanoponteiras; e iv) observação da função de camada polarizadora de spin, quando a nanoponteira é recoberta por material magnético. / In this work, spin transference and current perpendicular to the plane giant magnetoresistance (GMR) studies are presented. Specific measurement system and samples were also prepared. The crucial point concern these type of measurements is the design of devices that allow stable and high current densities. In this way, two approaches were considered: i) nanocontact and nanopillar systems and; ii) nanotip systems. Nanocontacts and nanopillars are structures defined by nanometric lateral dimensions. It can be fabricated through nanolithography techniques which are intrinsically complex. In the current work, two different materials were used as lithography mask: PMMA and alumina. For the first one, PMMA, atomic force microscopy (AFM) and e-beam lithography techniques were performed. For alumina, focus ion beam (FIB) lithography was used. In the nanotips experiments, two important issues were overcome: the fabrication of the nanostructures and the measurement system stability. For the nanotip fabrication, tungsten wires were subjected to electrocorrosion. Some process improvements were developed such as the use of static magnetic field during the corrosion, which leads to better tip quality. Also, processes involving tip coating by magnetic layers were developed. The measurement apparatus was also improved during the current research. The stability of the system and the tip approach to the surface are some crucial points which were improved leading to better measurement quality and reproducibility. The principal results of this thesis can be summarized as: i) development of nanometric structures to spin transference and giant magnetoresistance experiments; ii) the use of PMMA and alumina layers in the fabrication of nanocontacs and nanopillars; iii) the improvement of nanotip fabrication; iv) the observation of exchange in the spin polarizer layer when using magnetic coated nanotips.

Esta tese trata da determinação do arranjo atômico de superfícies nanoestruturadas por difração de fotoelétrons, onde foram estudados os catalisadores modelo Au/Cr2O3/Pd(111) e Pt/Cr2O3/Ag(111), e as superfícies Cr2O3(0001) e SrTiO3(111). Os sistemas foram produzidos in situ por técnicas de deposição MBE (Molecular Beam Epitaxy), e as caracterizações foram baseadas em técnicas de Física de Superfícies, tais como, LEED (Low Energy Electron Diffraction), XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) e XPD (X-ray Photoelectron Diffraction). A composição dos filmes e suas espessuras foram determinadas por XPS. O ordenamento cristalográfico das superfícies foi averiguado com a técnica LEED. O estudo da estrutura cristalina e arranjo atômico das superfícies foram realizados com a técnica XPD, e as simulações computacionais feitas com o programa MSCD (Multiple Scattering Calculation of Diffraction). Este trabalho teve a vantagem de ser específico ao elemento, com informação a curto alcance obtido dos experimentos de XPD, e confirmado por uma abordagem de cálculo de espalhamento múltiplo com o MSCD. Os resultados mostraram que o sistema Cr2O3/Ag(111) apresentou superfície com orientação na direção [0001] e com terminação de oxigênio devido as condições de preparação usadas neste trabalho. Para o catalisador modelo Pt/Cr2O3/Ag(111), a deposição de Pt sobre a superfície do Cr2O3 formou estruturas com três monocamadas, com empacotamento fcc orientada na direção [111], e apresentou mudanças nas distâncias interplanares e atômicas laterais, se comparadas ao valor “bulk” do Pt. Os experimentos indicaram a formação de ilhas bidimensionais de Au, com empacotamento fcc orientado na direção [111] seguido de importante relaxação estrutural nas três camadas atômicas da superfície do catalisador modelo Au/Cr2O3/Pd(111). O método de preparação aplicado ao SrTiO3(111) formou uma superfície com a coexistência de duas estruturas, 30% com terminação de SrOx e 70% de TiO2, acompanhado de modificações nas distâncias interplanares da superfície. O conhecimento dos parâmetros estruturais e eletrônicos da superfície de óxidos de metais de transição e catalisadores modelo, e sua a relação com os métodos de preparação das amostras são primordiais, uma vez que tais modificações podem promover, influenciar e explicar fenômenos com aplicação tecnológica nas mais diversas áreas da ciência. / This thesis presents a determination of the atomic arrangement of nanostructured surfaces by photoelectron diffraction, where the model catalysts Pt/Cr2O3/Ag(111) and Au/Cr2O3/Pd(111), and the surfaces Cr2O3(0001) and SrTiO3(111) were studied. The model catalyst was produced in situ by MBE (Molecular Beam Epitaxy) deposition technique, and the characterizations were based on techniques of Surface Physics, such as LEED (Low Energy Electron Diffraction), XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) and XPD (X-ray Photoelectron Diffraction). The composition of the film was determined by XPS, the crystallographic ordering of the film was examined by LEED. The study of crystal structure and atomic arrangement of the surface was performed using XPD, and the computer simulations with MSCD (Multiple Scattering Calculation of Diffraction) program. This study had the advantage of be element-specific short-range order information obtained from XPD experiments, supported by a comprehensive multiple scattering calculation diffraction approach. The results show that the Cr2O3/Ag(111) was oriented along the [0001] direction with an oxygen surface termination under the preparation conditions used in the present work. For the model catalyst Pt/Cr2O3/Ag(111), the deposition of Pt atoms on the Cr2O3 surface formed a three-monolayer structures, fcc packed and oriented in the [111] direction, which presented changes in monolayer spacing and lateral atomic distance compared to the expected values for bulk Pt. The experiments indicated that the islands are constructed of two Au monolayers with fcc packed and oriented in the [111] direction and formed by the important structural relaxations in the three outermost atomic layers of the Au/Cr2O3/Ag(111) model catalyst surface. The method of preparation applied to SrTiO3(111), formed a surface with coexistence of both structures, 30% with termination in SrOx and 70% with termination in Ti, TiO2 predominantly on the top surface, followed by changes in the interplanar spacing of the surface. Knowledge of the structural and electronic parameters of the surfaces, such as transition metal oxide and model catalysts, and its relationship with the methods of sample preparation are the key, since such modifications can promote, influence and explain phenomena with technological application in several areas of science.

A síntese de sistemas nanoestruturados bidimensionais enterrados em matrizes sólidas têm atraído interesse em associação, por exemplo, com aplicações plasmônicas e magnéticas. Para ambas, as propriedades dos sistemas de nano-partículas (NPs) são fortemente dependentes em seus tamanhos, formas, densidade areal e ordem espacial do conjunto de NP. Espalhamento de íons de energia intermediaria (MEIS) é uma técnica de feixe de íons, que possui grande potencial na investigação de tais sistemas através do uso do software PowerMEIS. Este considera qualquer geometria, distribuição de tamanhos, composição e densidade das nanoestruturas. Porém, efeitos de Espalhamento Múltiplo (EM) e Espalhamento Plural (EP) não haviam ainda sido considerados em trabalhos anteriores. Estes efeitos podem ser importantes na análise de sistemas compostos por NPs enterradas e também para análises de MEIS com uso de íons mais pesados que He+, além de medidas a baixas energias. Para tal, um estudo do efeito de EM e EP em espectros de MEIS foi realizado, salientando-se a diferença dos dois processos de espalhamento. Neste trabalho, um algoritmo Monte Carlo para a simulação da perda de energia dos íons devido à efeitos de EM e EP foi incluído no software de simulação PowerMEIS. Os resultados mostram uma contribuição de efeitos de EM no caso de análises de sistemas 2D de NPs de Pb, entre 44 e 61 nm distantes da superfície, medidos por MEIS com íons de He+ com energias de 100 keV. A determinação do tamanho das NPs pela análise de MEIS foi afetada pela inclusão dos efeitos de EM, alcançando um valor mais próximo ao obtido por Microscopia de Transmissão de Elétrons (TEM). Simulações de EP de espectros de MEIS utilizando íons de He+ com 98,3 KeV sobre um filme de 12 nm de Pt depositado sobre substrato de Si exemplificam amostras onde os processos de EP possuem forte influência no espectro obtido. / The synthesis of 2-dimensional nanostructured systems buried into a solid matrix has attracted interest in connection e.g. with plasmonic or magnetic applications. For both, the properties of the nanoparticle (NP) system are strongly dependent on the size, shape, areal number density and spatial order of the NP set. Medium energy ion scattering (MEIS) is an ion beam characterization technique, which has great potentiality to investigate such kind of systems through the use of PowerMEIS software. Who considers any geometry, size distribution, composition and density of the nanostructures. However, Multiple Scattering (MS) and Plural Scattering (PS) effects have not been taken into account. These effects can be important for the analysis of systems composed by buried NPs and also for MEIS analysis using ions heavier than He+, measured at lower energies. For such, a study about the MS and PS effects in MEIS spectra was executed, stressing the difference between both scattering process. In this work, a Monte Carlo algorithm for the ion energy loss simulation due to MS and PS effects was included in the PowerMEIS simulation software. The results show a contribution of MS effects in case of the analysis of a 2D array of Pb NPs, distant from the surface between 44 and 61 nm, using 100 keV He + ions. The size determination of the NPs by the MEIS analysis was affected by the inclusion of MS effects, achieving a value closer to that obtained by Transmission Electron Microscopy (TEM). Simulations of PS effects in MEIS spectra, from 98,3 keV He+ on 12 nm Pt film deposited on Si substrate, ilustrates samples where PS process have great influence in the output spectra.

O tema geral desta tese é a utilização de técnicas ópticas de espectroscopia Raman não linear para análises de sistemas distintos. Especificamente, nos concentraremos na técnica de CARS multiplexado, introduzindo os princípios fundamentais e relatando a importância do tratamento de dados para a recuperação do espectro vibracional. Comprovamos que a técnica de CARS multiplexado é capaz de substituir a espectroscopia Raman convencional de maneira eficiente nas aplicações abordadas e apresentar diversas vantagens. Por fim, apresentamos outros trabalhos desenvolvidos durante o período de doutoramento relacionados à microscopia óptica em escala nanométrica. / The general theme of this thesis is the use of the nonlinear Raman spectroscopy techniques to analyze different systems. Specifically we will concentrate in the Multiplex CARS technique, introducing the fundamentals and relating the important role of the data processing to retrieve the vibrational spectrum. We show that multiplex CARS can substitute the conventional Raman spectroscopy efficiently in the discussed subjects and provide several advantages. Finally, we present others developed works during the doctorate period related with microscopy in nanometric scale.