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

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

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_EzequielCosta_D.pdf: 16155551 bytes, checksum: 43337169b3f9ac0ffbe444e3859ff790 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é estudado o transporte quântico em nanoestruturas híbridas compostas por pontos quânticos (PQ) duplos acoplados a eletrodos supercondutores (S) e ferromagnéticos (F). A primeira nanoestrutura, denotada por F - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a um eletrodo ferromagnético e outro supercondutor. O segundo sistema, denotado por (F1, F2) - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a dois eletrodos ferromagnéticos e um supercondutor. Através do método de funções de Green de não equilíbrio foram obtidas expressões para a corrente elétrica, condutância diferencial, densidade local de estados (LDOS) e a transmitância para energias inferiores ao gap supercondutor. Neste regime, o mecanismo de transmissão de carga é a reflexão de Andreev, a qual permite controlar a corrente através da polarização do ferromagneto. A presença de interações nos PQs é considerada usando um tratamento de campo médio. Para o sistema F - PQa - PQb - S, as interações tendem a localizar os elétrons nos PQs levando a um padrão assimétrico da LDOS reduzindo a transmissão através da nanoestrutura. Em particular, a interação intra PQ levanta a degenerescência de spin reduzindo o valor máximo da corrente devido ao desequilíbrio nas populações de spin up e spin down. Regiões de condutância diferencial negativa (CDN) aparecem em determinados valores do potencial aplicado, como resultado da competição entre o espalhamento Andreev e as correlações eletrônicas. Aplicando-se um potencial de gate nos pontos quânticos é possível sintonizar o efeito mudando a região onde este fenômeno ocorre. Para o sistema (F1, F2) - PQa - PQb - S observou-se que o sinal da magnetoresistência pode mudar de positivo para negativo mudando-se o sinal do potencial aplicado. Além disso é possível controlar a corrente no primeiro eletrodo mudando-se o valor do potencial no segundo ferromagneto. Este tipo de controle pode ser interessante do ponto de vista de aplicações desde que é um comportamento similar a um transistor. Na presença de interações nos PQs, observou-se novamente regiões de CDN para determinados valores do potencial aplicado mesmo para quando os ferromagnetos estão completamente polarizados. Desta forma, a interação entre supercondutividade e correlações eletrônicas permitiu observar fenômenos originais mostrando que este sistemas podem ser utilizados em aplicações tecnológicas futuras / Abstract: In this work we studied the quantum transport in two hybrid nanostructures composed of double quantum dots (DQD)s coupled to superconductor (S) and ferromagnetic (F) leads. The first nanostructure, denoted by F - QDa - QDb - S, is composed of a ferromagnet, two quantum dots, and a superconductor connected in series. In the second nanostructure, denoted by ( F1, F2) - QDa - Q Db - S, a second ferromagnetic lead is added and coupled to the first QD. By using the non-equilibrium Green's function approach, we have calculated the electric current, the differential conductance and the transmittance for energies within the superconductor gap. In this regime, the mechanism of charge transmission is the Andreev re°ection, which allows for a control of the current through the ferromagnet polarization. We have also included interdot and intradot interactions, and have analyzed their influence through a mean field approximation. For the F - QDa - QDb - S system the presence of interactions tend to localize the electrons at the double-dot system, leading to an asymmetric pattern for the density of states at the dots, and thus reducing the transmission probability through the device. In particular, for non-zero polarization, the intradot interaction splits the spin degeneracy, reducing the maximum value of the current due to different spin-up and spin-down densities of states. Negative differential conductance (NDC) appears for some regions of the voltage bias, as a result of the interplay of the Andreev scattering with electronic correlations. By applying a gate voltage at the dots, one can tune the effect, changing the voltage region where this novel phenomenon appears. In the (F1, F2) - QDa - QDb - S, we have found that the signal of the magnetoresistance can be changed through the external potential applied in the ferromagnets. In addition, it is possible to control the current of the first ferromagnet (F1) through the potential applied in the second one (F2). This transistor-like behavior can be useful in technological applications. In the presence of interaction at the dots it was observed the NDC effect even when the electrodes were fully polarized. The results presented in this thesis show that the interplay between the superconductor correlation and electronic interactions can give rise to original effects which can be used in future technological applications / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadora: Márcia Tsuyama Escote / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2012

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-16Bitstream added on 2014-06-13T19:01:19Z : No. of bitstreams: 1 savu_r_dr_bauru.pdf: 10688901 bytes, checksum: 4c1846c73d88b2e598b43e7a14ea1b7c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A presente pesquisa teve como principal objetivo a obtenção de estruturas nanométricas de óxido de índio, óxido de estanho e óxido de zinco por evaporação térmica e síntese hidrotérmica e a construção e teste de sensores de gases e de fotodetectores de ultravioleta baseados nessas nanoestruturas. Foram realizados estudos da influência dos parâmetros experimentais das duas rotas de síntese usadas sobre as morfologias e as propriedades das estruturas. Para a obtenção das camadas nanoestruturadas por evaporação térmica foi especialmente construído um forno tubular que permitiu o controle da temperatura de deposição independente da temperatura de evaporação e da distância entre a fonte de evaporação e o substrato. Esses parâmetros, pouco explorados nas pesquisas reportadas na literatura, exerceram uma grande influência sobre a morfologia e as propriedades dos nanofios obtidos. O equipamento permitiu ainda um controle preciso da composição da atmosfera e da pressão de síntese. Na síntese química em solução, a construção de um reator hidrotérmico permitiu o estudo da influência da taxa de resfriamento sobre as dimensões, cristalinidade, morfologia e propriedades das nanoestruturas. Esse estudo, o primeiro do gênero na literatura, ressaltou a importância no controle deste parâmetro para sintetizar estruturas com propriedades melhoradas. As demais variáveis estudadas foram: a concentração das soluções, as camadas catalisadoras, a temperatura e o tempo de síntese. Foram testadas duas estratégias para a obtenção dos filmes nanoestruturados: spin-coating de suspensões de nanoestruturas sobre substratos de silício oxidado ou o crescimento das mesmas, durante a síntese, sobre substratos com camadas catalisadoras de zinco. Os nanofios e as camadas funcionais foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura... / The subject of this thesis covers the synthesis and growth of indium, tin and zinc oxide nanostructures by thermal evaporation and hydrothermal synthesis and the fabrication and testing of gas sensors and ultraviolet photodetectors based on these nanosized structures. For both chemical and physical routes, the influence of processing conditions over the morphology, dimensions and electrical properties of the nanowires was investigated. In order to obtain nanostructured layers by thermal evaporation a tubular furnace was specifically builti, allowed the control of the source-substrate distance and the deposition temperature independently of the evaporation one. These parameters, slightly explored in the literature, granted a big influence over the nanowires morphology and properties. Moreover, the equipment permitted the control of deposition atmosphere and pressure. The design and assembly of a hydrothermal reactor allowed studying the influence of the cooling rate over the dimension, morphology, cristallinity and, consequently, the properties of the nanostructures. This study highlighted the importance of controlling this particular parameter in the hydrothermal process, yielding nanostructured materials with enhanced properties. Variables such as solution concentration, synthesis temperature and time, surfanctants and precursors were also explored in the hydrothermal process. In order to obtain nanostructured thin films using the chemical bath deposition, two processing techniques were employed: spin-coating of powder suspensions over oxidized silicon substrates and nanostructured anisotropic growth directly from solution using zinc coated substrates. The nanowires and the functional nanostructured layers were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE - SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)... (Complete abstract click electronic access below)

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4172.pdf: 7642766 bytes, checksum: 9dacbeac3b1c3b074d74029cfe1395d6 (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Financiadora de Estudos e Projetos / The present work aims the study of electronic, elastic and structural properties of a whole class of nanoscopic semiconductors systems, which include quasi-two-dimensional, one-dimensional and zero-dimensional confined systems. Within two-dimensional systems, the effects caused by strain and temperature on the electronic structure of AlGaAs=GaAs multiple quantum wells oriented along [001] and [113] crystallographic directions were studied. The energy difference between light- and heavy-hole states as a function of temperature, for both crystallographic directions, was obtained from photoluminescence spectra. Using k _ p calculations, it was possible to phenomenologically explain experimental data and to show that electronic structure of quantum wells grown along [113] direction presents higher sensitivity to temperature variation. A second task in quasi-two-dimensional systems was the study of the magnetic response of neutral excitons in AlGaAs=GaAs simple quantum wells grown along [110] crystallographic direction. The Zeeman splitting and the degree of circular polarization (DCP) for the sample was extracted from circularly polarized photoluminescence spectra. Using k _ p calculations, it was possible to show that the valence band presents a high hybridization of spin states in this kind of system. To simulate the relative occupation of hybridized states, a dynamic model for spin relaxation combined with electronic structure calculations was performed. Based on theoretical results, the experimental data of the Zeeman splitting and DCP were satisfactorily and phenomenologically explained. As the last task in quasi-two-dimensional systems, the effect of in-plane magnetic field in a AlGaAs=GaAs double quantum well system was studied. As the main result, the envelope functions required for an efficient k _ p calculation in this kind of system was constructed. Concerning one-dimensional confined systems, structural properties of a twin-plane superlattice in InP nanowires were studied. The system was simulated along [111] crystallographic direction by molecular dynamics. The latter provided, besides nanowire atomic structure, stress tensor elements and elastic constants at T = 0 K. Giving the molecular dynamics results, it was possible to theoretically calculate strain tensor components and the potential profiles at the valence and conduction energy bands. The calculations showed how the strain potential profiles modulate the electronic band structure of the nanowire, generating a one-dimensional superlattice. Finally, within zero-dimensional confined systems, dynamic effects detected in the time-resolved emission from InAs quantum dots ensembles were studied. To explain the experimental behavior of the time decay as a function of quantum dots emission energy, the electron-phonon interaction, considering Fröhlich Hamiltonian model, and a carrier dynamics, that takes in account nonlinear effects such as carrier imbalance, were included in theoretically calculations. The theoretical results show that, when the system behaves like an ensemble, collective effects predominate, and different relaxation processes stand out in the system, distinguishing it from that one of isolated quantum dots. By means of theoretical calculations it was possible to satisfactorily explain the experimental data. / Este trabalho visa o estudo das propriedades eletrônicas, elásticas e estruturais de toda uma classe de sistemas semicondutores denominada de nanoscópica, a qual abrange sistemas quase bidimensionais, unidimensionais e zero-dimensionais. Nos sistemas quase bidimensionais se investigou os efeitos que o strain e a temperatura provocam na estrutura eletrônica de poços quânticos múltiplos de AlGaAs=GaAs orientados ao longo das direções cristalográficas [001] e [113]. A partir de espectros de fotoluminescência se obteve a dependência da diferença de energia entre os estados de buraco pesado e buraco leve em função da temperatura para as duas direções cristalográficas. Calculando a estrutura de bandas via método k _ p foi possível explicar fenomenologicamente os dados experimentais, e mostrar que a estrutura eletrônica do poço crescido ao longo da direção [113] é mais sensível aos efeitos da temperatura. Estudou-se também a resposta magnética de éxcitons neutros em poços quânticos simples de AlGaAs=GaAs orientados ao longo da direção cristalográfica [110]. Por meio da fotoluminescência com luz circularmente polarizada se obteve experimentalmente o desdobramento Zeeman e o grau de polarização circular (DCP). O cálculo da estrutura de bandas via k _ p mostrou que neste sistema a banda de valência se mostra altamente sensível à hibridização dos estados de spin. Para simular a ocupação relativa destes estados hibridizados combinou-se um modelo dinâmico de taxas de relaxação de spins com cálculos de estrutura eletrônica. A partir dos resultados teóricos foi possível explicar de forma satisfatória o comportamento experimental tanto do desdobramento Zeeman quanto do DCP. Ainda nos sistema bidimensionais estudou-se também o efeito da aplicação do campo magnético perpendicular à direção de quantização na estrutura eletrônica de poços quânticos duplos acoplados de AlGaAs=GaAs. Como principal resultado se obteve a função envelope, necessária para um cálculo eficiente da estrutura eletrônica via k_p neste tipo de sistema. No estudo voltado para sistemas unidimensionais foram investigadas as propriedades estruturais de uma super-rede twinning em um nanofio de InP. O sistema foi simulado ao longo da direção [111] por dinâmica molecular, que forneceu, além da estrutura atômica do nanofio, os elementos do tensor de stress e as constantes elásticas a 0 K. A partir destes resultados obteve-se teoricamente os elementos do tensor de strain e o perfil de potencial gerado pelo campo de strain. Os cálculos mostraram que estes potenciais geram uma modulação na estrutura de bandas do nanofio, criando um perfil de potencial do tipo gerado por uma super-rede unidimensional. Por fim, em sistemas zero-dimensionais se estudou os efeitos dinâmicos detectados a partir da emissão resolvida no tempo de um ensemble de pontos quânticos de InAs. Para explicar o comportamento experimental do tempo de decaimento óptico, em função da energia de emissão do sistema, foram feitos cálculos teóricos do tempo de decaimento levando-se em conta a interação elétron-fônon, por meio do Hamiltoniano de Fröhlich, e uma dinâmica de portadores, a qual inclui efeitos não lineares como o desbalanço de cargas. Os resultados mostraram que quando o sistema se apresenta como um ensemble os efeitos coletivos predominam, fazendo com que o sistema apresente propriedades diferenciadas com relação a um sistema de pontos quânticos isolados. Por meio dos cálculos teóricos foi possível explicar de maneira satisfatória os resultados experimentais.

Resumo: A presente pesquisa teve como principal objetivo a obtenção de estruturas nanométricas de óxido de índio, óxido de estanho e óxido de zinco por evaporação térmica e síntese hidrotérmica e a construção e teste de sensores de gases e de fotodetectores de ultravioleta baseados nessas nanoestruturas. Foram realizados estudos da influência dos parâmetros experimentais das duas rotas de síntese usadas sobre as morfologias e as propriedades das estruturas. Para a obtenção das camadas nanoestruturadas por evaporação térmica foi especialmente construído um forno tubular que permitiu o controle da temperatura de deposição independente da temperatura de evaporação e da distância entre a fonte de evaporação e o substrato. Esses parâmetros, pouco explorados nas pesquisas reportadas na literatura, exerceram uma grande influência sobre a morfologia e as propriedades dos nanofios obtidos. O equipamento permitiu ainda um controle preciso da composição da atmosfera e da pressão de síntese. Na síntese química em solução, a construção de um reator hidrotérmico permitiu o estudo da influência da taxa de resfriamento sobre as dimensões, cristalinidade, morfologia e propriedades das nanoestruturas. Esse estudo, o primeiro do gênero na literatura, ressaltou a importância no controle deste parâmetro para sintetizar estruturas com propriedades melhoradas. As demais variáveis estudadas foram: a concentração das soluções, as camadas catalisadoras, a temperatura e o tempo de síntese. Foram testadas duas estratégias para a obtenção dos filmes nanoestruturados: spin-coating de suspensões de nanoestruturas sobre substratos de silício oxidado ou o crescimento das mesmas, durante a síntese, sobre substratos com camadas catalisadoras de zinco. Os nanofios e as camadas funcionais foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The subject of this thesis covers the synthesis and growth of indium, tin and zinc oxide nanostructures by thermal evaporation and hydrothermal synthesis and the fabrication and testing of gas sensors and ultraviolet photodetectors based on these nanosized structures. For both chemical and physical routes, the influence of processing conditions over the morphology, dimensions and electrical properties of the nanowires was investigated. In order to obtain nanostructured layers by thermal evaporation a tubular furnace was specifically builti, allowed the control of the source-substrate distance and the deposition temperature independently of the evaporation one. These parameters, slightly explored in the literature, granted a big influence over the nanowires morphology and properties. Moreover, the equipment permitted the control of deposition atmosphere and pressure. The design and assembly of a hydrothermal reactor allowed studying the influence of the cooling rate over the dimension, morphology, cristallinity and, consequently, the properties of the nanostructures. This study highlighted the importance of controlling this particular parameter in the hydrothermal process, yielding nanostructured materials with enhanced properties. Variables such as solution concentration, synthesis temperature and time, surfanctants and precursors were also explored in the hydrothermal process. In order to obtain nanostructured thin films using the chemical bath deposition, two processing techniques were employed: spin-coating of powder suspensions over oxidized silicon substrates and nanostructured anisotropic growth directly from solution using zinc coated substrates. The nanowires and the functional nanostructured layers were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE - SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Maria Aparecida Zaghete Bertochi / Coorientador: Elson Longo / Banca: Antonio Ricardo Zanatta / Banca: Mônica Alonso Cotta / Banca: Talita Mazon Anselmo / Banca: Sidney José Lima Ribeiro / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Doutor

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

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