Orientador: Edison Zacarias da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T19:21:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BolanosQuinones_VladimirAndres_M.pdf: 5463678 bytes, checksum: 1cb85d420e80ef2be8fe706a4652f51e (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Utilizamos técnicas de simulação computacional para estudar a deposição de átomos de ouro sobre superfícies de cobre (110). Observamos que fios de ouro ultra-finos, com espessuras de alguns Angstroms ( ~ 3 ° A), podem ser construídos. Nossos cálculos mostraram que esses fios são estruturalmente muito estáveis a temperatura ambiente e observamos que a largura deles é mantida, mesmo aumentando a concentração de átomos de ouro depositados. Contrário ao esperado intuitivamente, os fios formados estão alongados paralelos à direção 001 da superfície de Cu (110). O principal método computacional empregado neste estudo foi a dinâmica molecular Tight-Binding, o qual permite acompanhar a evolução da formação e estabilidade dos fios de ouro, átomo a átomo, ao longo da simulação. Portanto, estudamos o proceso de deposição em sequência para um, dois e mais átomos. Mostramos que um único átomo de ouro não se estabiliza nos sulcos da superfície, entretando quando este átomo se liga a outros átomos de ouro, eles conseguem estabelecer distribuiçães bastantes robustas e bem ancoradas à superfície. Cálculos estáticos utilizando o método do Gradiente Conjugado, foram realizados minimizando as forças entre átomos e energia total do sistema, procurando posições energeticamente mais favoráveis. Os resultados estáticos e dinâmicos estão em boa concordância e são compatíveis com resultados experimentais. Este estudo constitui uma das primeiras abordagens no problema de fios de ouro suportados em superfícies, muito interessante para futuras aplicações tecnológicas / Abstract: We have used computer simulations techniques to investigate the deposition of gold atoms on copper surfaces (110). We noticed that ultra-thin gold wires, with thickness of a few Angstroms ( ~3 ° A), can be built. Our calculations showed that these wires are structurally very stable at room temperature and we observed that the width of this wires is maintained, even increasing the concentration of the deposited gold atoms. Opposite to our expectations, the wires are formed parallel to the direction 001 of the Cu(110) surface. The main computational method employed in this study was the Tight-Binding Molecular Dynamics method, which allows to follows the formation and stability of the wires, atom by atom, throughout the simulation. Therefore, we studied the process of deposition in sequence of one, two or more atoms. We showed that just one atom does not stabilize in the channels of the surface, however, when this atom binds to other gold atoms, they can establish robust distributions that are strongly anchored to the surface. Static calculations using the Conjugate Gradient method were employed minimizing the forces between atoms and the total energy of the system, resulting in more stable energetic positions. The static and dynamic results are in good agreement and are consistent with experimental results. This work is one of the first approaches to the problem of gold wires supported on surfaces, a very interesting topic for future technological applications / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Marcelo Knobel, Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ElvisLirada_M.pdf: 8983880 bytes, checksum: 9cf84b0bedd17ff35f94bf813d128441 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os arranjos de nanofios magnéticos tem atraído um interesse considerável da comunidade científica, motivado principalmente pela sua utilização como sistemas-modelo e na possível aplicação em mídias magnéticas de alta densidade de informação. O comportamento magnético macroscópico desses sistemas é fortemente dependente das anisotropias magnéticas efetivas (determinadas principalmente pelas contribuições das anisotropias de forma, magnetocristalina e magnetoelástica). Neste trabalho realizamos um estudo completo das propriedades magnéticas de nanofios magnéticos de Ni e Co, variando o comprimento dos nanofios e a temperatura das amostras. Os nanofios são obtidos por eletrodeposição em nanoporos de membranas de alumina preparadas por um duplo processo de anodização em substratos de alumínio. A caracterização estrutural dos nanofios foi feita por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução e microscopia de força magnética e revela que os arranjos de nanofios estão organizados em uma rede hexagonal onde possuem diametros de aproximadamente 35 nm e a distância entre os nanofios de aproximadamente 105 nm. O comprimento dos nanofios varia de aproximadamente 560 nm até 2250 nm. Observamos uma mudança do eixo fácil de magnetização da direção paralela ao eixo dos nanofios na temperatura ambiente para direção perpendicular ao eixo dos nanofios em baixas temperaturas. Analisamos a dependência da remanência reduzida e da coercividade em relação à temperatura e verificamos que as amostras apresentam uma temperatura de cruzamento entre as remanências reduzidas com campo aplicado paralela e perpendicularmente ao eixo dos nanofios, que varia de acordo com o comprimento dos nanofios. Interpretamos nossos resultados em termos de uma competição entre a anisotropia de forma, que tende orientar a magnetização na direção paralela ao eixo dos nanofios, e uma anisotropia dependente da temperatura, que tenta alinhar a magnetizaçao na direção perpendicular ao eixo dos nanofios. O mecanismo utilizado para tentar explicar de maneira qualitativa os resultados que observamos, ao diminuirmos a temperatura da amostra, origina-se da tensão provocada pela alumina sobre os nanofios, em decorrência dos diferentes coeficientes de expansão térmica desses materiais, que induz uma anisotropia magnetoelástica perpendicular ao eixo dos nanofios / Abstract: Arrays of magnetic nanowires have attracted considerable interest, mainly motivated by their use as model systems and by possible applications in high-density magnetic information storage. The macroscopic magnetic behavior of such systems is strongly dependent on the effective magnetic anisotropy (mainly determined by shape and crystalline contributions). In this work, we carry out a systematic study of the magnetic properties on highly-ordered magnetic arrays of Co and Ni nanowires as functions of length of the nanowires and temperature. Nanowires were obtained by electrodeposition into nanopores of alumina membranes prepared by a two-step anodization process from pure aluminium. Structural studies were performed by high resolution scanning electron microscopy and magnetic force microscopy. The images revealed uniform arrays of nanowires with diameter of 35 nm, and with hexagonal symmetry arrangement with lattice constant (or inter-nanowire distance) of 105 nm. The nanowires length varies between 560 nm and 2250 nm. We observed a change in the magnetic easy axis from parallel to the axis wires at room temperature to transverse to the wire axis at low temperatures. We analysed the temperature dependence of the reduced remanence and coercive field we verified that the samples present a crossover temperature of reduced remanence with magnetic field applied both perpendicular and parallel to the nanowires axis that varies with nanowires length. We interpreted our results in terms of a competition between the shape anisotropy of the wires, which tends to align the magnetization along the wires axis and the temperature dependent magnetic anisotropy, which tends to orient the magnetization transverse to the wires axis. The mechanism which can qualitatively explain the observed results as a function of temperature is an induced anisotropy of magnetoelastic origin transversal to the nanowires axis, caused by strains and stresses, due to the different thermal expansion coefficient of nanowires and the alumina matrix, respectively / Mestrado / Materiais Magneticos e Propriedades Magneticas / Mestre em Física

Nos últimos anos, os avanços nas técnicas de crescimento de semicondutores permitiram a fabricação de nanoestruturas isoladas de alta qualidade e com confinamento radial. Essas estruturas quase unidimensionais, conhecidas como nanowires (NWs) têm aplicações tecnológicas vastas, tais como nano sensores químicos e biológicos, foto-detectores e lasers. Seu uso em aplicações tecnológicas requer a compreensão de características óticas e eletrônicas e um estudo teórico mais profundo se faz necessário. O objetivo desse estudo e calcular teoricamente o poder de absorção para NWs de InP e comparar os resultados para as fases cristalinas zincblende (ZB) e wurtzita (WZ) nas suas direções de crescimento equivalentes. Usamos neste estudo a formulação do método k.p que descreve as duas fases cristalinas em um mesmo Hamiltoniano, a aproximação da função envelope e a expansão em ondas planas. O poder de absorção foi calculado a partir das transições entre as bandas de valência e condução através da regra de ouro de Fermi. Mesmo o método k.p sendo o menos custoso computacionalmente, quando comparado com seus correspondentes ab initio, o tamanho das matrizes envolvidas nos cálculos pode ultrapassar a barreira dos giga elementos. Para lidar com essas matrizes, foi implementado um método de resolução de sistemas lineares iterativo, o LOBPCG, utilizando o poder de processamento disponível nas placas gráficas atuais. O novo modo de resolução apresentou ganhos consideráveis em relação ao desempenho observado com os métodos de diagonalização diretos em testes com confinamento em uma única direção. A falta de um pré-condicionador adequado limita o seu uso em NWs. Os cálculos de absorção para NWs na fase ZB apresentaram uma anisotropia em seu espectro de absorção de mais de 90%, enquanto os na fase WZ apresentaram dois regimes distintos de anisotropia, governados pelo aparecimento de um estado oticamente proibido no topo da banda de valência. Em suma, os resultados obtidos com o modelo teórico proposto nesse estudo apresentam as propriedades óticas reportadas na literatura, inclusive o estado oticamente proibido observado em outros sistemas na fase WZ com um alto confinamento quântico. / In recent years, the advances of growth techniques allowed the fabrication of high quality single nanostructures with quantum confinement along lateral directions. These quasi one-dimensional structures known as nanowires (NWs) have vasts technological applications, such as biological and chemical nanosensors, photo detectors and lasers. The applications involving NWs require the comprehension of their optical and electronic properties and, therefore, a deep theoretical understanding should be pursued. The aim of this study is to provide optical absorption theoretical calculations for InP NWs, comparing the results for zincblende (ZB) and wurtzite (WZ) crystal phases, in their equivalent growth directions. We use the k.p method formulation that allow the description of both structures with the same Hamiltonian, the envelope function approximation and the plane wave expansion. The absorption power was calculated for transitions between valence and conduction bands using Fermis Golden Rule. Although the k.p method demands less computational effort, when compared to ab initio calculations, the k.p matrices can break the giga elements barrier. To deal with these matrices, we implemented an linear system solver method, the LOBPCG, using the processing power available in current GPUs. The new resolution method showed a considerable gain comparing the performance of direct diagonalization methods, when tested in systems with confinement in one direction. The lack of an adequate preconditioner limits its use in NWs. The absorption spectra calculations for ZB NWs presented a 90% plus anisotropy, whilst WZ NWs have two distinct regimes, ruled by the presence of an optically forbidden state at valence band maximum. In summary, the results obtained with the theoretical model in this study are in great agreement with optical properties reported in the literature, including the optically forbidden state observed in other WZ systems with high quantum confinement.

Estudamos o comportamento estático e os mecanismos de inversão da magnetização de arranjos auto-organizados de nanofios de Ni e Co com alta anisotropia de forma. Os arranjos são obtidos a partir da anodização em dois passos de lâminas de Al e subseqüente eletrodeposição do metal magnético. Sua caracterização estrutural é realizada por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e magnética e difração de raios X. Seu comportamento magnético é estudado a partir da medida de curvas de inversão de primeira ordem (FORCs) a temperatura ambiente, via magnetometria SQUID ou de amostra vibrante. A análise FORC consiste na construção de uma mapa da resposta magnética do material a partir dos dados experimentais e pode ser interpretado a partir da analogia direta com o modelo de histerese de Preisach. Apresentamos resultados da influência dos diâmetros dos nanofios e do ângulo do campo externo aplicado em relação ao eixo de anisotropia sobre as principais características dos diagramas FORC. Estudamos também a dinâmica de spins em superfícies de O-Fe/W(001) através de espectroscopia por perda de energia de elétrons spin-polarizados (SPEELS). As amostras consistem em 30 monocamadas atômicas de Fe crescidas sobre um monocristal de W(001), via epitaxia por feixe molecular a temperatura ambiente. Subseqüentemente, a amostra é exposta a 5 langmuirs de O2 e sofre um suave annealing a 500 K. A estrutura e a pureza da amostra são analisadas por difração de elétrons de baixas energias e espectroscopia de elétrons Auger. A caracterização magnética é realizada por magnetometria por efeito Kerr magneto-óptico, resultando num filme com alta magnetização remanente no plano. Os espectros de SPEELS revelam uma rica profusão de picos inelásticos tipo spin-flip e nãospin-flip, que exibem clara dispersão ao longo de toda a zona de Brillouin de superfície. Os resultados são atribuídos a modos de superfície de fônons e mágnons (ondas de spin), de acordo com resultados da literatura e com modelos teóricos atuais. / We study the static behavior and the mechanisms of magnetization reversal of arrays of self-organized Ni and Co nanowires with high shape anisotropy. The arrays are obtained by two-step anodization of Al foils and subsequent electrodeposition of the magnetic metal.Their structural characterization is obtained by scanning electron microscopy, atomic and magnetic force microscopy and X-ray diffraction. Their magnetic behavior is studied from the measurement of first order reversal curves (FORCs) at room temperature, via SQUID or vibrating sample magnetometry. The FORC analysis method consists in building a map of the magnetic response of the material from the experimental data and it can be interpreted from the direct analogy with the Preisach model of hysteresis. We present results of the influence of the diameter of the nanowires and the angle of the applied external field in relation to the anisotropy easy-axis on the main features of the FORC diagrams. We also study the spin dynamics of O-Fe/W(001) surfaces through spin-polarized electron energy loss spectroscopy (SPEELS). The samples consist of 30 atomic monolayers of Fe grown on a W(001) single crystal via molecular beam epitaxy at room temperature. Subsequently, the samples are exposed to 5 langmuirs of O2 and suffer a mild annealing at 500 K. The structure and purity of the samples are analyzed by low-energy electron diffraction and Auger electron spectroscopy. The magnetic characterization is performed by magneto-optical Kerr effect magnetometry, resulting in films with high remanent in-plane magnetization. SPEEL-spectra reveal a rich profusion of inelastic spin-flip and non-spin-flip peaks, which exhibit clear dispersion for wave vectors throughout the whole surface Brillouin zone. The results are attributed to surface modes of phonons and magnons (spin waves), in accordance with the literature and with current theoretical models.

Orientador: Edison Zacarias da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:18:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ZennerSilva_D.pdf: 11614247 bytes, checksum: d882692dfdab010e889cb1717d250a1f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nas últimas décadas uma geração de nanodispositivos foi desenvolvida. Estes dispositivos nanoeletrônicos são fabricados por novas técnicas fundamentadas em física, química e engenharia. Muitos desses nanomateriais têm suas propriedades físicas alteradas pelo efeito de tamanho, por causa desses novos efeitos é importante entender como estes dispositivos trabalham propriamente a fim de encontrarmos formas de obter novas aplicações baseadas nestes novos efeitos. Nanofios metálicos estão sendo largamente estudados tanto teoricamente como experimentalmente. Recentemente uma nova possibilidade de soldagem foi mostrada experimentalmente entre nanofios de ouro em temperatura ambiente, sem necessidade de aplicação de calor adicional e com baixa pressão, chamada de solda fria (cold welding). Usando Dinâmica Molecular (MD) com potenciais efetivos, nós simulamos o processo de soldagem fria em nanofios de ouro, prata e ouro-prata com diâmetros de 4.3nm em 300 K. Nós mostramos que a soldagem fria é um processo possível até mesmo quando os nanofios sofrem fortes deformações e defeitos antes do processo de soldagem. Durante o processo de soldagem os nanofios resultaram com poucos defeitos. Pequenas pressões foram necessárias para que a soldagem fosse atingida. Nós também realizamos cálculos de Dinâmica Molecular com embedded-atom-method para modelar o crescimento de filmes-finos de paládio depositados em um substrato de ouro para um sistema de aproximadamente 100 mil átomos. Nós mostramos que o filmes-finos de paládio cresceu sob stress sobre o substrato de ouro. Após a deposição de 9 monocamadas o stress armazenado no filmes de paládio relaxou formando defeitos na estrutura do cristal. Defeitos do tipo falhas de empilhamento surgiram nos filmes de paládio formando um padrão de deformação no mesmo. Para quantificar o stress nós também calculamos a evolução do tensor de stress durante o crescimento. Existem fenômenos físicos como fraturas em materiais que são caracterizados pela quebra das ligações atômicas que levam a efeitos macroscópicos. Para estudarmos este tipo de problema, nós desenvolvemos um código inicial que acopla Dinâmica Molecular com Peridyvii namics (PD) (uma recente teoria de contínuo). A ideia básica para acoplar Dinâmica Molecular e Peridynamics está baseada no teorema de Schwarz. Este teorema fornece uma maneira de resolver equações diferenciais em diferentes subdomínios conectados por uma interface. O acoplamento é feito trocando condições de contorno entre subdomínios conectados por esta interface. A parte mais difícil deste acoplamento encontra-se em tratar os dados com ruídos oriundos da Dinâmica Molecular e passá-los para a Peridynamics. Para isto nós usamos uma interpolação estatística chamada interpolação de Kriging. Desta forma nós pudemos alcançar um acoplamento entre MD e PD / Abstract: Over the last decades a new generation of nanoeletronic devices have been developed. These nanoeletronic devices have been made by new techniques based on physics, chemistry and engineering. Many of these nanomaterials have shown changes in their physical properties and therefore, it is very important to understand how they work properly in order to find ways to obtain new applications supported by these new effects. Metallic nanowires have been largely studied theoretical and experimentally. Recently a new possibility of welding was experimentally shown in the case of gold and silver nanowires (NWs) at ambient temperatures, without need of additional heat and with low pressures, called cold welding. Using molecular dynamics with effective potentials, we simulated cold welding of gold, silver, and silver-gold NWs with diameters of 4.3 nm at 300 K. We show the cold welding is a possible process in metal NWs and that these welded NWs, even after losing their crystalline structure after breaking, can reconstruct their face-centered-cubic structure during the welding process with the result of very few defects in the final cold welded NWs. The stress tensor shows a low average value during welding with oscillations indicating tension and relaxation stages. Small pressures are required for the process to occur, resulting in a fairly perfect crystal structure for the final NW after being broken and welded. We have also performed Molecular Dynamics calculations with embedded-atom-method to model the growth of a Pd thin film deposited on Au(100) for a system with approximately 100,000 atoms. We showed that the Pd film grew under stress on the Au substrate. After the deposition of 9 monolayers, the stress stored in the Pd film relaxed with the formation of defects, stacking faults in the structure of Pd forming a pattern of deformation in the film. To quantitatively access the defect formation we also measured the stress tensor evolution during growth. There are physical phenomena like brittle fracture that is characterized by breaking of atomic bonds leading to macroscopic effects. In order to study this kind of problems, we developed the initial programming code that couples molecular dynamics (MD) and Peridyix namics (PD) (a new model to continuum). The basic idea to coupling Molecular Dynamics and Peridynamics is based on a mathematical theorem that is known as Schwarz theorem. It gives a way to solve differential equations in different subdomains that are connected by an interface (overlap). The coupling is made by exchanging boundary conditions through of the interface between subdomains. The hardest part is to treat noise molecular dynamics data and after that to pass those data to continuum theories. In order to pass data from MD to Peridynamics we have used a statistical interpolation called Kriging interpolation. This way we can achieve an algorithm to coupling DM with PD / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Kleber Roberto Pirota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T03:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_PetersonGrandinide_M.pdf: 8255135 bytes, checksum: 51addf2df8b7383dc2ab652f85205ea2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Redes de nanofios (NF) magnéticos têm atraído muita atenção devido suas possíveis aplicações tecnológicas. Do ponto de vista tecnológico tais redes poderiam ser utilizadas em diversas aplicações tais como dispositivos spintrônicos, sistemas de armazenamento de memória magnética, elementos sensores de campo magnético e em diversas aplicações biológicas. Por outro lado, do ponto de vista da ciência de base é fundamental compreender o efeito da baixa dimensionalidade nas propriedades magnéticas dos materiais. Muitas das propriedades magnéticas dos NF decorrem simplesmente de sua geometria. Neles, há uma forte anisotropia magnética de forma que tende a manter os momentos magnéticos alinhados ao eixo principal dos NF. No cobalto com estrutura hexagonal compacta (hcp), os momentos magnéticos tendem a se alinhar em uma direção cristalina preferencial (eixo c), ou seja, há uma anisotropia magnetocristalina. Tal anisotropia é da mesma ordem de grandeza da anisotropia de forma de NF ideias (cujo comprimento é muito maior que o diâmetro). Nanofios de cobalto hcp são interessantes basicamente porque suas propriedades magnéticas dependerão fortemente da estrutura cristalina (tamanho do grão e orientação do cristal em relação ao eixo principal dos nanofios). Como as duas contribuições de anisotropia são da mesma ordem de grandeza, pode-se controlar a anisotropia efetiva ao longo do NF através do controle da direção cristalina. Neste trabalho foram produzidas redes de NF de Co via eletrodeposição em moldes de membrana nanoporosa de alumínio anodizado (MNPAA). Alterou-se a estrutura cristalina dos NF através do pH de eletrodeposição (1,9; 3,9 e 5,5). Os NF possuem diâmetro de 35 nm, comprimento de ~10 ?m e a distância entre eles na rede é de 110 nm . A estrutura cristalina foi estudada através de técnicas de microscopia eletrônica (de varredura e de transmissão) e por difração de raios-X. As propriedades magnéticas foram inferidas através de técnicas de magnetometria. Foram obtidas curvas de histerese em função da temperatura e do ângulo entre o campo magnético aplicado e o eixo principal dos NF. Também foram obtidas curvas de magnetização inicial com o campo aplicado paralelo e perpendicular aos NF, e após diferentes ciclos de desmagnetização. Também foram feitos alguns breves estudos sobre o efeito do tratamento térmico nas propriedades magnéticas dos NF; sobre a dieletroforese, que é uma técnica de separação dos NF removidos da MNPAA e dispersos em solução, e sobre as alterações morfológicas e grau de oxidação dos nanofios quando retirados da MNPAA. Observou-se que para pH¿s baixos o eixo c é perpendicular ao eixo principal e os grãos são pequenos. O aumento do pH tende a tornar o eixo c paralelo ao eixo principal dos nanofios, o que aumenta a anisotropia magnética efetiva da rede. O tamanho dos grãos também aumenta com o pH, tornando o meio cristalino local mais expressivo no processo de inversão da magnetização. Também se observou que, dependendo da direção do eixo c, a diminuição da temperatura pode inverter a direção fácil de anisotropia efetiva dos nanofios, devido ao aumento da anisotropia magnetocristalina / Abstract: Magnetic nanowire (NW) arrays have been attracting great attention due to their possible technological applications. Such arrays are promising candidates for different applications, such as spintronic devices, magnetic memory storage systems, magnetic field sensors and in several biological systems. On the other hand, from a basic science point of view, it is fundamental to understand the low dimensionality effect on materials magnetic properties. Many of the NW magnetic properties simply occur due to its elongated geometry. It creates a strong magnetic anisotropy which tends to maintain the magnetic moments aligned to the NW¿s main axis. In bulk cobalt with a hexagonal compact structure (hcp), the magnetic moments tend to align in a preferential crystalline direction, i.e. there is a magnetocrystalline anisotropy. Such anisotropy is of the same order of magnitude than NW¿s shape anisotropy (when the length is much bigger than the diameter). Hcp cobalt nanowires are mainly interesting because their magnetic properties strongly depend on their crystalline structure (grain size and crystal orientation with respect to the NW main axis). Since the two anisotropy contributions are of the same order of magnitude, we can control the effective anisotropy along the NW by controlling the crystalline structure orientation. In this study were produced Co NW arrays through eletrodeposition in aluminum nanoporous templates. The NW crystalline structure was altered by the pH during the eletrodeposition process. The NW present a diameter of 35 nm, length of ~10 ?m and an interwire distance of 110 nm. The crystalline structure was investigated through electronic microscopy techniques (scanning and transmission) and X-ray diffraction. The magnetic properties were inferred through magnetometry techniques. Hysteresis curves were obtained as a function of temperature and of the angle between the applied magnetic field and the NW¿s main axis. Initial magnetization curves with the applied field parallel and perpendicular to the NW, and after different demagnetization cycles, were also obtained. Finally, some brief studies have also been made about the effect of heat treatment on the NW magnetic properties; about dielectrophoresis, which is a separation technique for the NW removed from the alumina template and dispersed in solution; and about the morphological changes and the NW oxidation degree when removed from the alumina template / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Douglas Soares Galvão / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T14:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Autreto_PedroAlvesdaSilva_D.pdf: 59520269 bytes, checksum: 40cf8840fce242581f34d0cee4cd3dda (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A nanotecnologia teve seu início simbólico na apresentação de 1959 do Prêmio Nobel Richard Feynman: \"Há muito espaço lá embaixo\". Nesta palestra Feynman destaca as possibilidades de criação de novos materiais, desenhados para possuírem determinadas propriedades eletrônicas e estruturais. Desde então, grandes avanços têm sido feitos e estruturas antes nunca imaginadas têm sido observadas e produzidas. Estas são compostas dos mais diferentes materiais, desde os metais até carbono. Como exemplo de compostos de metais temos os nanofios, as cadeias atômicas lineares e mais atualmente o menor nanotubo de prata. Compostos por carbono também têm recebido grande atenção, como o grafeno. Assim a busca por novas estruturas com propriedades únicas tem se tornado incessante nas últimas décadas. Isso tem tornado cada vez mais importantes às ferramentas teóricas, uma vez que elas podem tanto ajudar na caracterização de novas estruturas, como também as prever, como poderiam ser formadas, qual seria a sua geometria, quais condições seriam necessárias para a sua formação ou demais características eletrônicas. Neste contexto, apresentamos nesta tese, o estudo destas novas nanoestruturas iniciando pelos fatores que influenciam na formação de cadeias atômicas lineares cm nanofios de platina e como a temperatura pode ser essencial para a presença de distâncias anômalas em nanofios de ouro. Cálculos de transporte também foram efetuados para nanofios de ouro e prata, com o fim de correlacionar possíveis geometrias encontradas em experimentos de HRTEM com os perfis de condutância obtidos em experimentos MCBJ. Estudos da evolução do estiramento de nanofios de prata prosseguem com a análise da formação e transporte transporte do menor nanotubo de seção quadrada formada por prata. Formação e estrutura eletrônica de estrutura de carbono topologicamente idêntica a este tubo de prata foi também proposta. Por fim, estudamos as formações do grafano e do fluorografano, a partir da hidrogenação e fluoração de membranas de grafeno, respectivamente / Abstract: Nanotechnology had its symbolical beginning at the 1959\'s Nobel Prize awarder Richard Feynman\'s lecture: \"There is Plenty of Roam at the Bottom\". In this lecture, Feynman highlights the possibilities of creating new materials, designed to have specific electronic and structural properties. Ever since, great advances have been made and structures never dreamed before have been detected and synthesized. These are composed of very many different materials, from metals to carbon. As an example of metal made compounds, we have the nanowires, the linear atomic chains and more recently the smallest silver nanotube. Carbon made compounds have also received great attention; a great example is the graphene. This made the theoretical tools become increasingly important, since they can help both in the characterization of the new structures and in forecasting new ones, how could them be produced, what would its geometry be, which conditions would be necessary for its formation and the other electronic properties. ln this context, we present in this thesis the study of new nanostructures, beginning with the factors that influence in the atomic linear chains formation in platinum nanowires stretching and how the temperature can be essential to explain the presence of anomalous distances in gold nanowires. Transport calculations have also been made to gold and silver nanowires, in arder to correlate possible geometries found in HRTEM experiments with the conductance profiles obtained in MCBJ experiments. Studies in the stretch evolution of silver nanowires proceed with the analysis of formation and electronic transport in the smallest square section nanotube made of silver. Formation and electronic structure if a carbon topologically identical to this silver nanotube was also suggested. Lastly, we studied the formation of graphane and fluorographane respectively by the hydrogenation and fluorination of graphene membranes / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Mônica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:21:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_DouglasSoaresde_M.pdf: 3151118 bytes, checksum: 954bfe85e80e3ae53e5e5c87d10aa961 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo em nanofios semicondutores é crescente, seja pelo grande potencial de aplicações previsto para eles, seja para entender a dinâmica de formação dessas nanoestruturas. Entretanto, estes dois elementos estão ligados, pois é necessário entender o processo de síntese dos nanofios semicondutores para utilizar todo o seu potencial para aplicações. Neste trabalho, crescemos e estudamos nanofios de fosfeto de índio. Os nanofios foram crescidos pela técnica vapor-líquido-sólido em uma câmara de crescimento epitaxial por feixe químico (CBE). Através de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, obtivemos dados para análise dos nossos resultados. Os parâmetros de crescimento utilizados foram escolhidos de forma que nossos nanofios apresentassem um número bastante significativo de falhas de empilhamento. Utilizamos também nanopartículas catalisadoras muito pequenas (~5nm). Nosso resultado principal foi uma nova morfologia para nanofios. Obtivemos nanofios com variações periódicas de diâmetro sem modificar os parâmetros durante o crescimento. Sendo a distância entre essas variações de diâmetro crescente com o inverso do fluxo do precursor de índio (Trimetil-índio) fornecido durante o crescimento. Análise por microscopia eletrônica de transmissão nos mostrou que essas oscilações periódicas de diâmetro estão associadas com um aumento muito grande no número de falhas de empilhamento e mudanças na fase cristalográfica, de wurtzita para blenda de zinco. Esta morfologia foi modelada por nós como a nanopartícula englobando parcialmente a lateral do nanofio periodicamente durante o crescimento. Nosso modelo é baseado em considerações sobre a competição entre as rotas de incorporação de índio durante o crescimento, as condições termodinâmicas para a nucleação na linha de três fases e estabilidade mecânica da nanopartícula sobre o nanofio durante o crescimento / Abstract: The study of semiconductor nanowires is growing, either due to the great potential for applications or to understand the dynamics of formation of these nanostructures. However, these two elements are linked since it is necessary to understand the synthesis of semiconductor nanowires in order to use all its potential for applications. In this work, we studied and grew nanowires of indium phosphide. These nanowires were grown by the vapor-liquid-solid method on a chemical beam epitaxy (CBE) chamber. They were studied by scanning and transmission electron microscopy. The growth parameters used were chosen so that our NWs presented a significant number of stacking faults and very small (~5nm) catalyst nanoparticles (NPs). Our main result was the observation of a new NW morphology. We have obtained NWs with periodical variations in diameter without any changes in growth parameters during the run. The distance between these oscillations depends almost linearly on the inverse of the Indium precursor flow (TMI) provided during growth. Analysis by transmission electron microscopy has shown that the periodic oscillations in diameter are associated with a very large increase of SF densities and crystallographic phase changes, from Wurtzite to Zinc Blende phase. We have modeled the formation of this morphology as the NP partly wetting the NW sidewalls periodically during growth. Our model is based in considerations of competition between the routes of incorporation of indium during growth, the thermodynamic conditions for nucleation at the three-phase line and mechanical stability of the NP on the NW during growth / Mestrado / Física / Mestre em Física

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work the thermal conductivity κ of Si nanowires using molecular dynamics simulations is calculated using the Müller-Plathe method. We show that at 500 K, κ for crystaline Si is 121; 557 W/mK, while for nanowires, with 54; 300 nm of length and square section of 4; 717 nm2, value is 3; 419 - 0; 053 W/mK, demonstrating a reduction of two orders of magnitude relative to crystal Si. Variations in length, diameter and temperature are studied and the results follow the macroscopic characteristics, where κ in nanowires is directly proportional to length and diameter and inversely proportional to temperature. However, an increase of 45% for κ in nanowires with growth direction [110] in relation to the directions [100] and [111] is found. The values of κ for nanowires with length 54; 300 nm and the growth direction [110] is about 4; 941 - 0; 107 W/mK, while in the direction [111] is about 3; 406 - 0; 087 W/mK. A brief study of the geometric shape of the cross section of the nanowires is performed, with a reduction of 20% is calculated on nanowires with cylindrical and rhombic section nanowires compared to same diameter and square section. The values found for κ are 2; 663-0; 043 W/mK and 2; 811-0; 038 W/mK for cylindrical nanowires and rhombohedral, respectively. / Neste trabalho é calculada a condutividade térmica κ de nanofios de Si através de simulações por dinâmica molecular, utilizando o método de Müller-Plathe. Mostramos que a 500 K, para o cristal de Si κ é igual a cerca de 121; 557 W/mK, enquanto que para nanofios, com comprimento de 54; 300 nm e seção reta quadrada de 4; 717 nm2, o valor é de 3; 419 - 0; 053 W/mK, demonstrando uma redução de duas ordens de grandeza em relação ao cristal de Si. Variações de comprimento, diâmetro e temperatura são estudadas e os resultados seguem as características macroscópicas, havendo uma relação diretamente proporcional de κ com o comprimento e o diâmetro dos nanofios e inversamente proporcional a temperatura. Entretanto, um aumento de 45% de κ nos nanofios com direção de crescimento [110] em relação às direções [100] e [111] foi encontrado. O valore de κ para nanofios com comprimento de 54; 300 nm e direção de crescimento [110] é cerca de 4; 941-0; 107 W/mK, enquanto que para a direção [111] é cerca de 3; 406-0; 087 W/mK. Um breve estudo da forma geométrica da seção reta dos nanofios é realizado, havendo uma redução de 20% calculada em nanofios com seção cilíndrica e romboédrica em comparação a nanofios de seção quadrada e mesmo diâmetro. Os valores encontrados para κ são de 2; 663 - 0; 043 W/mK e 2; 811-0; 038 W/mK para os nanofios cilíndricos e romboédricos, respectivamente.

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gadret_EvertonGeiger_M.pdf: 38585296 bytes, checksum: 3da598e65313d603b738c440498d2858 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios de InP crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE) através da técnica de micro-fotoluminescência variando parâmetros de medida, tais como potência de excitação, polarização do sinal emitido e temperatura da amostra. Devido à formação de politipismo (InP nas fases cúbica, do tipo blenda de zinco (ZB), e hexagonal, do tipo wurtzita (WZ)) esta estrutura se torna interessante sob o ponto de vista das propriedades ópticas, devido às interfaces InP¿ZB/InP¿WZ do tipo II. Notamos que há poucas informações na literatura a respeito da estrutura eletrônica do InP na fase wurtzita porque esta fase só foi relatada em nanofios. Concentramos, assim, nossa investigação sobre a estrutura eletrônica de nanofios que contenham ambas as fases. Identificamos emissões ópticas dos poços quânticos tipo II em nanofios de InP assim como emissões envolvendo impurezas aceitadoras rasas e recombinação no gap do InP¿WZ. A emissão óptica dos poços quânticos tipo II é dominante a baixas temperaturas, abaixo de 100K, e está entre 1,44 e 1,46eV a 10K. O comportamento desta emissão como função da temperatura, potência de excitação e polarização da luz está de acordo com a estrutura proposta e é confirmada por imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). A emissão óptica da impureza rasa está ~ 43meV abaixo da emissão do poço quântico, valor bem próximo do carbono aceitador no InP na fase cúbica. A emissão óptica associada ao InP¿WZ em 1,49eV (10K) foi observada a temperaturas de 10K a 300K, em concordância com resultados relatados na literatura. Observamos também transição óptica relacionada a portadores localizados nas barreiras dos poços quânticos a temperaturas mais altas, acima de 150K. / Abstract: Optical properties of InP nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy system were investigated by using micro-photoluminescence spectroscopy varying experimental parameters such as excitation power, emitted signal polarization and sample temperature. Due to polytypism (InP in cubic, zincblende (ZB), and hexagonal, wurtzite (WZ) phases), this structure becomes interesting by the point of view of optical properties, due to type¿II InP¿ZB/InP¿WZ interfaces. We have noticed that there are few informations in the literature about electronic structures of InP in wurtzite phase, because this phase has been only reported in nanowires. We focused, thus, our investigation about electronic structure of nanowires having both structural phases. We identified optical emissions from type II quantum wells in InP nanowires as well as emissions involving shallow acceptor impurities and InP¿WZ gap recombination. The type II quantum well optical emission is dominant at low temperatures, below 100K, which is in 1,44 ¿ 1,46eV range at 10K. This emission behavior as function of temperature, excitation power and light polarization is in agreement with the proposed structure and is supported by transmission electronic microscopy (TEM) imagem. The shallow impurity emission is ~ 43meV below the quantum well emission, a value close to the carbon acceptor in InP in cubic phase. The optical emission associated to the InP¿WZ at 1,49eV (10K) was observed from temperatures of 10K to 300K, in agreement with results reported in literature. We also observed an additional optical transition related to the carrier localized at the barriers of the quantum wells at at high temperatures, above 150K. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física