Orientador: Prof. Dr. Alexandre José de Castro Lanfredi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma rota de sintese de nanofios supercondutores de alta temperatura critica de YBa2Cu3O7- (delta) pelo metodo de preenchimento de poro utilizando processo sol-gel. A preparacao do sol-gel foi realizada utilizando acetatos de itrio, bario e cobre como precursores e solubilizados em uma mistura de metanol, acido acetico e propanoico. O sol-gel foi depositado em membranas de policarbonato nanoporosas utilizadas como moldes para obtencao de amostras de nanofios. A fim de encontrar as condicoes de sintese, varios parametros foram estudados como a viscosidade da solucao precursora, temperatura e tempo de tratamento termico das amostras de nanofios de YBCO. Para esses estudos, as amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletronica de Varredura (MEV), Difratometria de Raios X (DRX) e medidas de magnetizacao. Inicialmente, estudou-se o preenchimento da membrana porosa por sol-gel. Os nanofios de YBCO foram obtidos com a solucao precursora de viscosidade proxima a 100 mPa.s. Imagens de MEV mostraram a morfologia de nanofios com diametro da ordem de 100 nm. Estudos das condicoes de tratamento termico revelaram que as amostras de nanofios tratadas termicamente a temperatura de 800¿C por 4 h em atmosfera de oxigenio permitiu a obtencao de amostras de YBCO que mantiveram a morfologia nanofios. A formacao da fase ortorrombica do YBCO foi verificada por meio de difracao de raios X. Porem, a transicao supercondutora nessas amostras nao e bem definida e as propriedades magneticas sao menos intensas. Analises de DRX de amostras de nanofios tratadas termicamente a 800¿C por mais tempo, com patamar de oxigenacao a 400¿C, mostrou que ha presenca de fase YBa2Cu3O7-¿Â ortorrombica e de fases adicionais em maior proporcao. Isso tambem pode ser observado nas medidas magneticas dessas amostras. Por fim, resultados de difracao de raios X de amostras sinterizadas nas temperaturas de 850¿C e 900¿C por 4 horas em atmosfera de oxigenio revelaram a presenca predominante da fase YBCO. Ambas as amostras apresentaram a transicao supercondutora em Tc ~ 92 K na medida de magnetizacao versus temperatura. Porem, imagens de MEV dessas amostras revelaram que apenas aquela tratada termicamente a temperatura de 850¿C mantem a morfologia de nanofios com diametro medio de ~ 100 nm. Esta metodologia permitiu a obtencao de nanofios de YBCO, com caracteristicas estruturais e fisicas similares a obtida para o material na forma de bulk. / The aim of this work is to develop a synthetic route of high-Tc superconductor YBa2Cu3O7-ä nanowires by wet pore-filling method using sol-gel solution. Such sol-gel was prepared by yttrium, barium and copper acetates as precursors and solubilized in a mixture of methanol, acetic and propionic acids. The sol-gel solution was depositedon polycarbonate mesoporous membranes that were used as a template to obtain nanowire samples. In order to find an ideal synthesis condition, several synthesis parameters were studied, such as viscosity of precursor solution, temperature and time of heat treatment. Samples were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) and magnetic measurements. Firstly, we have studied porous membrane filled by a sol-gel solution. The YBCO nanowires were obtained by precursor solution with viscosity of 100 mPa.s. Through SEM images it was verified the Y-Ba-Cu nanowire morphology with external diameter of 100 nm. Experimental studies of heat treatment conditions revealed that nanowire samples can be obtained by sintered temperature at 800°C during 4 hours in oxygen atmosphere. The orthorhombic YBCO crystallographic phase was identified by X-ray diffraction. However, it was detected considerable broadening in the superconducting transition samples and low intensities of magnetic proprieties. Furthermore, the nanowires sintered at 800°C during long time with oxygenation step at 400°C exhibited the presence of orthorhombic YBa2Cu3O7-ä crystallographic phase and presence of secondary phases in more quantities. The magnetic measurements confirmed the presence of secondary phases in sample. Finally, XRD results of sintered samples at temperature range 850-900°C for 4 hours in oxygen atmosphere exhibit YBCO as the major phase. The magnetic measurements showed that both samples exhibit superconducting transition at Tc ~ 92 K. However, SEM images indicated that only the sample sintered at 850°C present nanowire morphology with average diameter of 100 nm. This methodology allowed the production of YBCO nanowires with structural characteristics and physical properties similar to the bulk samples.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The ability to manipulate materials at the atomic scale turn it possible to look for materials at the nanoscale that can supersede the performance of their bulk counterparts in specific tasks. Nanowires, due to their unique structural characteristics, are natural candidates for electric or heat conducting devices. When these nanowires take part of a circuit, they can subjected to an external stress that can change their intrinsic properties. In this work, we will be studying the mechanical and electronic behavior of narrow InAs nanowires, with different diameters, when subjected to extreme external stress. Our calculations use the Density Functional Theory, and the local density approximation to the exchange and correlation potential, as implemented in the VASP code. Our results reveal that the InAs nanowires exhibit a mechanical behavior which depends on the external stress and the nanowire diameter. For the narrowest diameter, it shows an elastic behavior followed by the rupture of the wire. As the nanowires turn thicker, different responses to the external stress take place. When the first chemical bonds are broken, the nanowire changes between elastic behaviors with different Young modulus. When more and more chemical bonds are broken (for the thicker nanowires), the nanowires show a plastic behavior, before the rupture. For each of these mechanical regimes, the electronic band structure of the nanowires is also analysed. / Nanofios, devido às suas caracteristícas estruturais únicas, são candidatos naturais para dispositivos condutores de eletricidade e calor. Quando estes nanofios formam parte de um dispositivo, podem estar sujeitos a tensões externas que podem alterar as suas propriedades intrínsecas. Neste trabalho estudaremos o comportamento mecânico e eletrônico de nanofios de InAs com diferentes diâmetros quando sujeitos a tensões externas extremas. Nossos cálculos usam a Teoria do Funcional da Densidade dentro da aproximação da densidade local para o funcional de exchange e correlação, como implementado no código computacional VASP. Nossos resultados revelam que os nanofios de InAs exibem um comportamento mecânico que depende da tensão externa e do diâmetro do nanofio. Para o nanofio mais estreito, observa-se um comportamento elástico da curva de tensão vs elongação ( stress vs strain ), seguido de ruptura do fio. Quando os nanofios tornam-se mais espessos, diferentes respostas às tensões extremas são observadas. Quando as primeiras ligações químicas são quebradas, os nanofios mudam de regime elástico para outro, com diferentes valores de módulo de Young. Quando mais e mais ligações químicas são quebradas, sempre do centro para as bordas, os nanofios apresentam um comportamento plástico antes da ruptura. Para cada um destes regimes mecânicos estrutura de bandas dos nanofios é também analisada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4949.pdf: 16389149 bytes, checksum: 00f177e5f61f15e60941174af0988803 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / Le sujet de cette thèse est l étude de nanofils de cobalt dans une matrice d oxyde de cérium (CeO2) épitaxiée sur SrTiO3(001). L auto-assemblage de nanofils a été mis en évidence lors de la croissance de couches minces de CeO2 fortement dopées au cobalt par ablation laser pulsée. Le caractère métallique du cobalt a été vérifié par des mesures d absorption X au seuil K du cobalt réalisées au synchrotron. La formation de nanofils a été mise en évidence par des études de microscopie électronique en transmission en mode haute résolution et en mode dénergie filtrée. Ces études combinées montrent la formation de fils métalliques de Co dans la matrice, orientés le long de la direction de croissance, de longueur limitée par l épaisseur de la couche et de diamètre dans la gamme 3-7 nm. Ces nanofils constituent des systèmes modèles en nanomagnétisme. Deux assembles de fils (diamètre 3 nm et 5 nm) ont été étudiées en détail. La structure interne des fils a été déterminée par microscopie électronique et le renversement de l aimantation au moyen de mesures magnétiques statiques et dynamiques. L anisotropie magnétique de ces systèmes a été sondée par résonance ferromagnétique. Ces mesures et leurs interprétations ont permis de mettre en évidence la localisation du renversement de l aimantation dans les fils. Ce phénomne de localisation a été corrélé à la structure interne des fils, plus précisément à l existence de grains hexagonaux au sein desquels l anisotropie magnétocristalline est en compétition avec l anisotropie de forme. L ensemble de ces résultats a permis de corréler le comportement magnétique à la structure interne réelle de ces objets. / O objeto de estudo da presente tese é o estudo de nanofios de Cobalto auto-formados em matriz de Óxido de Cério (CeO2) epitaxiado sobre substrato de SrTiO3 (001). A formação espontânea de nanofios de Co metálico foi observada em filmes finos fortemente dopados produzidos por abação laser. O caráter metálico do cobalto presente no filme foi evidenciado através da análise de espectros de absorção de Raios-X na borda K do cobalto realizados no síncrotron SOLEIL. Aglomeração na forma de nanofios pôde ser comprovada através de microscopia eletrônica em transmissão de elétrons nos modos de alta resolução e de filtragem em energia. Combinando os resultados, chega-se a conclusão de formação de nanofios metálicos de Cobalto orientados paralelamente à direção de crescimento do filme com comprimento podendo alcançar até toda espessura do filme e com diâmetro entre 3 e 7 nm. Tais nanofios são sistemas modelos para estudo em nanomagnetismo. Propriedades de dois conjuntos de nanofios (com diâmetros de 3 e de 5 nm) foram detalhadamente estudadas. A estrutura interna foi determinada por microscopia eletrônica e a reversão de magnetização através de medidas estáticas e dinâmicas. A anisotropia magnética dos filmes foi investigada através de ressonância ferromagnética. A interpretação dos resultados permite evidenciar a localização da reversão de magnetização nos nanofios. O fenômeno de localização foi relacionado à estrutura interna dos nanofios, precisamente à existência de grãos de cobalto hcp, nos quais, as anisotropias de forma e magnetocristalina competem. O conjunto de resultados permitiu correlacionar o comportamento magnético com a estrutura real dos nanofios.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5114.pdf: 4151684 bytes, checksum: 11d14e6f06cb8d9868c839655afeced3 (MD5) Previous issue date: 2013-04-11 / In this work, we studied the influence of surface charges on the properties (especially electronic transport) of semiconductor nanowires and nanobelts via computer simulations and also they were compared to experimental results. After a brief introduction over possible applications of nanowires and nanobelts and a discussion of the processes of growth and device building for characterization of the structures, the theoretical foundations required for the development of models and equations used to determine the electronic properties of some structures of interest were presented. The first developed model takes into account the effects of charges distributed randomly on the surface of structures and shows their contribution to confinement and electron distribution in the nanostructures. This idea was applied to In2O3 nanobelts based devices and showed that the presence of surface charges pushes electrons to the center of nanobelt, making the electron-electron scattering mechanism important in electron transport. This behavior was also observed experimentally through a resistance-temperature experiments where was observed a decreasing resistance for T < 77K. This behavior was observed in nanobelts presenting smaller width and disappearing with increasing dimensions of the nanobelt. Roughly speaking, calculation results agree with the experimental ones confirming that disorder leads to a superficial random potential which in turn, controls the electron flow in the nanobelt. In view of the above results, a model was developed to study the influence of the superficial disorder in the formation of metal-semiconductor interfaces required to build a real device. In this new model, we studied the effect of surface charges on the profile of the conduction band of a germanium nanowire device on which usual Schottky and Ohmic contacts were defined. Again the results show that the presence of the random potential leads to localization of surface charges, generating the so-called surface states, which in turn alters the profile of the conduction band in every direction of the nanowire. As a result some changes in the calculated electric current were observed. The main influence of surface states is the changing the transport mechanism: from thermionic emission to diffusion of carriers. Various current-voltage (I-V) curves were then simulated at different temperatures and investigating the evolution of the transport mechanisms with the variation of the surface state density, we observed a decrease of the value of Schottky barrier height. Experimental values of Schottky barrier height obtained from fitting I-V curves for germanium nanowire devices are satisfactorily close to the results that we have obtained for a surface states density of 1013cm&#1048576;2. With this model is possible to determine both the dominant mechanism of current transport and also the barrier height and density of surface states characteristics of the device. / Neste trabalho foi estudada a influência que cargas superficiais exercem nas propriedades (especialmente de transporte eletrônico) de nanofios e nanofitas semicondutores através de simulações computacionais e comparação com resultados experimentais. Após uma breve introdução sobre as possíveis aplicações de nanofios e nanofitas e uma discussão dos processos de crescimento e construção de dispositivos para caracterização das estruturas, foram apresentadas as bases teóricas necessárias para o desenvolvimento dos modelos e equações utilizadas para a determinação de algumas propriedades eletrônicas das estruturas de interesse. O primeiro modelo desenvolvido leva em conta os efeitos de cargas distribuídas aleatoriamente na superfície das estruturas e mostra sua contribuição ao confinamento e distribuição de elétrons. Esta idéia foi aplicada a dispositivos baseados em nanofitas de In2O3 e mostrou que a presença de cargas superficiais empurra os elétrons para o centro da nanofita, tornando o espalhamento elétron-elétron importante no transporte eletrônico. Este comportamento foi também observado experimentalmente através de uma curva resistência-temperatura decrescente para T < 77K em nanofitas de menor largura, efeito que desaparece com o aumento das dimensões da nanofita. De maneira simples os resultados dos cálculos concordam com os resultados experimentais confirmando que a desordem superficial leva a um potencial aleatório que controla o fluxo de elétrons na nanofita. Tendo em vista os resultados anteriores foi desenvolvido um modelo para o estudo da influência da desordem superficial na formação das interfaces metal-semicondutor necessárias para a construção de um dispositivo. Neste modelo foi estudado o efeito das cargas superficiais no perfil da banda de condução de um nanofio em um dispositivo usual com contatos Schottky e Ôhmico definidos em um nanofio de germânio. Novamente os resultados mostraram que a presença do potencial aleatório superfícial leva à localização de cargas gerando os chamados estados de superfície, que por sua vez alteram o perfil da banda de condução em todas as direções do nanofio. Como resultado a corrente elétrica calculada no dispositivo apresentou mudanças que mostram a influência dos estados de superfície na alteração do mecanismo de transporte de corrente dominante: de emissão termiônica para difusão. Foram então simuladas várias curvas de corrente-voltagem (I-V) para diferentes temperaturas, e acompanhando a evolução do mecanismo de transporte com a variação da concentração superficial dos estados de superfície, observou-se um decrescimento do valor de altura de barreira Schottky. Valores experimentais de altura de barreira Schottky obtidos pelo ajuste de curvas I-V para dispositivos de nanofios de germânio estão satisfatoriamente próximos ao resultado que obtivemos para uma concentração superficial de estados de superfície de 1013cm&#1048576;2. Com este modelo pode-se determinar tanto o mecanismo dominante de transporte de corrente como também a altura de barreira e a densidade de estados superficiais característicos do dispositivo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5854.pdf: 14195993 bytes, checksum: 19640a691a1e2821c9ce47972881f15b (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we studied some of the structural features and transport in nanostructured metal oxides synthesized by the vapor -solid mechanism (VS) aiming their application in high performance devices. The structural properties of the used samples [In2O3, SnO2 and SnO2 doped with fluorine (FTO)] were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and X- ray dispersive energy spectroscopy (EDX). All these techniques confirmed the monocrystalline character which was obtained by the method used for the synthesis process. Concerning the electronic transport properties, a common property for all samples was detected: the conduction mechanism was the variable range hopping. Invariably, such as mechanism is attributed to the presence of a small degree of electronic disorder in samples but which is not enough to induce the localization of all carriers. As an observable result, samples behaved as semiconductors. Specifically, in In2O3 samples the analysis of temperature dependent resistivity allowed us to determine parameters such as the localization length, also determining the dimensionality of the electronic system. Although not intentionally doped, the samples exhibited an appreciable density of electrons due to the amount of oxygen vacancies. Experiments performed with micro-sized sample, unpublished in literature, provided data on mobility and carrier density and their dependence on temperature, determining the dominant scattering process: for ionized impurities (low temperature) and acoustic phonon (high temperatures). The used approach avoids common errors in extraction of those kinetic parameters using devices like field effect transistors, serving as a versatile platform for the direct investigation of electronic properties in nanoscale materials. Samples of SnO2, monocrystalline and not intentionally doped (but with a little influence of oxygen vacancies) also showed a semiconducting behavior guided by the hopping mechanism in a wide temperature range (60-300 K). The presence of a potential barrier in the samples surface lead us to a detailed analysis of the performance metal-semiconductor (SnO2) junctions which was performed using different approaches: thermionic emission , statistical (Gaussian) distribution of Schottky barriers and a double Schottky barrier model. From these, we obtained a fairly detailed description of system providing parameters such as the barrier height (0B ~ 0,42 eV) and the ideality factor (n ~ 1, 05) comparable to the values obtained under conditions of ultra- high vacuum. These samples were used in field effect transistors that exhibited interesting characteristics for applications such as mobility of 137 cm2/Vs. Finally, FTO samples in which we could act on the doping level were explored. Samples showed a monocrystalline character and again a semiconductor behavior was evidenced by the hopping conduction mechanism. With the introduction of dopants on oxygen sites, devices showed an additional effect when a dispersion of nanobelts was used: a negative temperature resistivity coefficient for T < 15 K. We show that this behavior fits in the theory of weak localization in a system of weak disorder. Devices with a single nanobelt has a much smaller chance to exhibit the same behavior as a function of its dimensions. This result is general as suggested by the data: only the intrinsic disorder contributes to the transport mechanism, while the extrinsic one (the dispersion of nanobelts) not contributes. Finally, field effect transistors were constructed showing better mobility parameters for applications. Another original contribution of this work was the determination of an intrinsic parameter for the different materials which is only estimated by theoretical calculations in the literature: the density of states which should be used as reference in literature. / Neste trabalho foram estudadas algumas das características estruturais e de transporte em oxidos metalicos nanoestruturados sintetizados pelo mecanismo vapor-sólido (VS) com vistas a aplicaçao em dispositivos de alto desempenho. As nanoestruturas usadas [In2Ü3, SnO2 and SnO2 dopado com flúor (FTO)] foram caracterizadas quanto às suas propriedades estruturais por difracao de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersao de energia de raios-X (EDX), comprovando o caróter mono-cristalino que pode ser obtido pelo metodo empregado para o processo de síntese. Quanto às propriedades de transporte eletrônico, um comportamento apresentou-se como uma propriedade geral em todas as amostras estudadas: o mecanismo de conduçao atraves de hopping de alcance variível. Invariavelmente esse tipo de conducao e atribuído à presenca de um pequeno grau de desordem eletronica nas amostras, nao suficiente para a loca-lizacao de todos os portadores. Como resultado observível, as amostras comportaram-se como semicondutores. Especificamente, nas amostras de In2O3, a anílise da resistividade em funçao da temperatura permitiu a determinacao de parâmetros como o comprimento de localizaçcãao e, portanto, determinando a dimensionalidade do sistema eletrôonico das amostras. Embora nãao dopadas intencionalmente, as amostras exibiram uma densidade de eletrons apreciavel em funcão da quantidade de vacôncias de oxigenio. Experimentos realizados com microfitas, ineditos na literatura, forneceram dados sobre a mobilidade e densidade de portadores e sua dependôencia com a temperatura, determinando o processo de espalhamento predominante: por impurezas ionizadas (baixas temperaturas) e fonons acusticos (altas temperaturas). A abordagem usada evita erros comuns na extraçao de parâmetros cineticos via dispositivos como transistores de efeito de campo, servindo como uma plataforma versatil para a investigacao direta de propriedades eletronicas em materiais em nanoescala. Amostras de SnO2, monocristalinas, não dopadas intencionalmente (e com pequena influencia da presenca de vacancias) tambem mostraram comportamento semicondutor guiado pelo mecanismo hopping em uma ampla faixa de temperatura (60300 K). Devido à observacao da presenca de uma barreira de potencial na superfície das amostras, uma analise detalhada da performance de junçoes metal-semicondutor (SnO2) foi realizada usando diferentes abordagens: emissao termiônica, distribuicao estatística (Gaussiana) de barreiras Schottky e modelo de dupla barreira Schottky. Destas, chegou-se a uma descriçcaão bastante completa para o sistema, fornecendo parôametros como altura de barreira (0B ~ 0,42 eV) e fator de idealidade (n ~ 1, 05) comparíveis a parâmetros obtidos em condicçoães de ultra-alto-vaícuo. Destes dispositivos foram construídos transistores de efeito de campo que apresentaram características interessantes para aplicacçãoes como, por exemplo, mobilidade de ~ 137 cm2/Vs. Finalmente, exploraram-se amostras de FTO nas quais se pôde atuar sobre o nível de dopagem. As amostras apresentaram um carâter mono cristalino e novamente um comportamento semicondutor foi evidenciado pelo mecanismo de conduçao hopping. Com a introducao de dopantes nos sítios de oxigenio, os dispositivos mostraram alem do mecanismo semicondutor um efeito adicional quando uma dispersãao de nanofitas foi usada: uma resistividade com coeficiente negativo de temperatura para T < 15 K. Mostramos que esse comportamento se encaixa na teoria de localizacao fraca quando o principal mecanismo de espalhamento e a interaçao eletron-eletron. Dispositivos com uma unica nanofita tem uma chance muito menor para apresentar o mesmo comportamento em funcão de suas dimensões. Esse resultado e geral como sugerem os dados: somente a desordem intrínseca contribui para o mecanismo de transporte, enquanto que a desordem extrínseca, da dispersao de nanofitas, nao contribui. Finalmente, transistores de efeito de campo foram construídos mostrando melhores parâmetros de mobilidade. Tambem, como um ponto forte deste trabalho, para todos os sistemas estudados determinou-se um parâmetro intrínseco aos materiais e somente estimado por calculos teóricos na literatura: a densidade de estados, que de forma geral, pode ser usada como uma referencia na literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6575.pdf: 5003630 bytes, checksum: dc2cd3948b12fce190bd5f14369b70aa (MD5) Previous issue date: 2015-03-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this thesis were investigated the magnetic properties of magnetic nanowire arrays of Co and Ni electrodeposited in porous anodic alumina templates. The electrochemical method was employed in the manufacturing steps of templates and growth of nanowires. For the templates, the potentiostatic two step anodization process with gradual reduction of potential at the end of process was employed. The templates presented good regularity, and conductor channels at the pore bottom (dendritic region). The growth of Co and Ni nanowires in porous templates was performed by galvanostatic pulsed eletrodeposition. The samples were characterized morphologically and structurally by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectivelly. For the sample with Co nanowires we obtained nanowires with 65 nm in diameter and 6 &#956;m in length, with hcp hexagonal structure type. For Ni nanowires, samples with 65 nm and 80 nm of diameter and 6&#956;m in length were obtained, presenting an fcc cubic structure type. The magnetic characterization was performed by vibrating sample magnetometry - SQUID, which were performed magnetic moment measurements as a function of magnetic field, temperature and the angle between the applied magnetic field and the main axis of the nanowires. The results showed the directions of easy magnetization axis, the contributions of different types of magnetic anisotropy and influences related to the morphology of the nanowires and the template. For Co nanowires, the shape anisotropy is the most relevant and the easy axis of magnetization is in the direction of the main axis of the nanowires. For the two samples with Ni nanowires, were determined 15º and 26º angles as the respective directions of magnetization easy axis. The effect of magnetoelastic anisotropy is more relevant in the case of Ni nanowires. For both systems (Co and Ni) was possible to verify the importance of morphological factors, in which the diameter and average separation of the nanowires play a key role, because they are directly related to inter-nanowire magnetostatic interaction. / Nesta tese de doutorado foram investigadas as propriedades magnéticas de redes de nanofios magnéticos de Co e Ni eletrodepositadas em templates de alumina anódica porosa. O método eletroquímico foi empregado nas etapas de fabricação das templates e crescimento dos nanofios. Para a fabricação das templates foi utilizado o método potenciostático de anodização em duas etapas com redução gradativa de potencial ao final do processo. Foram obtidas templates porosas com alta regularidade e canais condutores no fundo dos poros (dendritos). O crescimento dos nanofios de Co e Ni nas templates porosas foi realizado por eletrodeposição pulsada galvanostática. As amostras foram caracterizadas morfológica e estruturalmente por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Para a amostra com nanofios de Co obtivemos nanofios com 65 nm de diâmetro e 6 &#956;m de comprimento, com estrutura do tipo hexagonal hcp. Para os nanofios de Ni, foram obtidas amostras com diâmetros de nanofios de 65 nm e 80 nm, com 6 &#956;m de comprimento e estrutura do tipo cúbica fcc. A caracterização magnética foi realizada por magnetometria de amostra vibrante SQUID, na qual foram realizadas medidas de momento magnético em função do campo magnético, temperatura e do ângulo entre o campo magnético e o eixo principal dos nanofios. Os resultados permitiram determinar as direções dos eixos de fácil magnetização, as contribuições dos diferentes tipos de anisotropia magnética e influências relacionadas à morfologia do sistema. Para os nanofios de Co, a anisotropia de forma é a mais relevante, e o eixo de fácil magnetização se encontra na direção do eixo principal dos nanofios. Para as duas amostras com nanofios de Ni, foram determinados os ângulos de 15º e 26º como as respectivas direções dos eixos de fácil magnetização. O efeito da anisotropia magnetoelástica é mais importante no caso dos nanofios de Ni. Para os dois sistemas (Co e Ni) foi possível avaliar a importância dos fatores morfológicos, na qual o diâmetro e separação média dos nanofios desempenham papel fundamental, pois estão diretamente relacionados à interação magnetostática inter-nanofios.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2847.pdf: 4261056 bytes, checksum: 63327b86f7f4260929f02341e1e0ca39 (MD5) Previous issue date: 2010-03-02 / Universidade Federal de Sao Carlos / The growth and characterization of semiconductor nanowires systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like, photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this work is the characterization of properties of semiconductor nanowires. The study was started within the framework of classical electrodynamics and this model for light-scattering was contrasted with experimental results from the photoluminescence. This classical model has been published in the literature without a concrete discussion and its application range is often not compatible with the analyzed experimental phenomenology. Thus, we have introduced quantum elements to elucidate a consistent phenomenology with the results obtained in the experiments. Through the k.p method, using in particular the Luttinger Hamiltonian, the effects of biaxial confinement and strain were analyzed in the valence band of semiconductor nanowires. This study was complemented with the description of optical properties. For the conduction band states, we were able to introduce the spin-orbit interaction since analytical results, successfully obtained from the simulation of the valence band, could be directly used in this new calculation. / Os estudos recentes, tanto da síntese quanto da caracterização, de sistemas de nanofios semicondutores se tornaram atraentes devido sua importância tecnológica na construção de fotodetectores, dispositivos opto-eletrônicos e seu uso potencial no processamento de informação quântica e aplicações fotônicas. O presente trabalho propõe a caracterização de propriedades de nanofios semicondutores. Iniciou-se o estudo nos marcos da eletrodinâmica clássica, no qual o espalhamento da luz foi contrastado com resultados experimentais de fotoluminescência encontrados na literatura. Os modelos clássicos aparecem na literatura sem uma discussão procedente e seus marcos de aplicação muitas vezes não são compatíveis com a fenomenologia experimental analisada. Assim, nos foi possível introduzir elementos quânticos para elucidarmos uma fenomenologia coerente com os resultados obtidos pelos nossos colaboradores experimentais. Através do método k.p, em particular pelo Hamiltoniano de Luttinger, analisamos os efeitos do confinamento biaxial e de strain na banda de valência de nanofios semicondutores. Complementando a abordagem de propriedades óticas, finalizamos esta dissertação analisando os efeitos da interação spin-órbita na banda de condução, uma vez que os resultados analíticos, satisfatoriamente obtidos para o estudo da banda de valência, poderiam ser utilizados nesse novo cálculo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2573.pdf: 6881795 bytes, checksum: 5e23024444dda620d01df3c398086856 (MD5) Previous issue date: 2009-08-27 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this thesis, the results regarding the investigation about the cobalt electrodeposition in templates of porous anodic alumina are presented. The doctorade is divided in four main sections. The _rst one has consisted in exploring many experimental set up to the preparation of porous anodic alumina using galvanostatic mode. The main results are related to the high ordering achieved using the galvanostatic mode and the sistem versatility concerning preparation of new architectures in porous anodic alumina such as the two overlapped porous layers presented in this thesis. The second part is about the computational study of the metalic electrodeposition in porous templates. In this step a bidimensional model to the metal electrodeposition in porous sistem was developed and simulated. The model considers one potenciostatic pulse. Potential distribution inside the template is calculated using the Laplace equation. Difusion equation takes into account the transport of electroactive species. Simulations show clearly the interaction between the concentration gradient inside the pore and potential distribution in the oxide inner. This dynamic allows to understand the top deposition and is consistent with the catch up e_ect. Based on insights from early step, the cobalt electrodeposits in porous anodic alumina were prepared by galvanostatic and potentiostatic pulsed electrodeposition. Finaly, the fourth part of the work deal with the magnetic characterization of the cobalt electrodeposits. The electrodeposits prepared by galvanostatic pulsed electrodeposition presented the exchange bias behaviour. The exchange bias is result of the presence of antiferromagnetic cobalt oxide, which lead to the formation of ferromagnetic (Co)/antiferromagnetic (CoO) interfaces responsible by the increase in the coercive _eld when the sample is cooled at presence of high magnetic _eld (Field Cooling procedure - FC). In addition, it was observed a anomalous temperature dependence of coercive _eld. Regarding the electrodeposits prepared by potentiostatic pulsed electrodeposition, they showed similar temperature dependence of coercive _eld. The coercive _eld (HC1) increase as the temperature is reduced from 300 K, achieving a maximum around 100 K, and from this point, the coercive _eld decrease signi_cantly. According to the reversible magnetic susceptibility behaviour, this result is related to the magnetoelastic contribution to the sistem anisotropy. / Esta tese de doutorado apresenta os resultados da investigação do processo de eletrodeposi ção de cobalto em alumina anódica porosa. O trabalho de doutorado está dividido em quatro partes principais. Primeiramente foram explorados os mais diversos arranjos experimentais para a preparação de templates de alumina anódica porosa utilizando o modo galvanostático. Nesta etapa do trabalho, destaca-se o elevado grau de ordenamento atingido utilizando o modo galvanostático de anodização e a versatilidade do sistema no que refere-se às possibilidades de preparação de novas arquiteturas em alumina anódica porosa como as sub-redes porosas apresentadas na tese. A segunda parte do trabalho de tese refere-se à investigação computacional do processo de eletrodeposição metálica em templates porosas. Nesta etapa foi desenvolvido e simulado um modelo bidimensional para a eletrodeposição de metais em sistemas porosos. O modelo considera um único pulso potenciostático. A distribuição de potencial no interior do _lme de óxido é calculada utilizando a equação de Laplace. O transporte de espécies eletroativas no interior do poro é calculado através da equação de difusão. As simulações mostram a interação entre o gradiente de concentração no interior dos poros e a distribuição das linhas de campo no interior do óxido. Esta dinâmica permite entender a top deposition e é consistente com o efeito catch up. A terceira parte do trabalho foi realizada com base nos insights resultantes da investigação computacional. Nesta fase foram preparados os eletrodep ósitos de cobalto em alumina anódica porosa. Os eletrodepósitos foram preparados por eletrodeposição pulsada no modo galvanostático e potenciostático. A caracterização magnética dos eletrodepósitos de cobalto constitui a quarta parte principal da tese. A caracterização magnética dos eletrodepósitos de cobalto preparados por eletrodeposição pulsada em modo galvanostático revelaram o comportamento de exchange bias. Este comportamento é atribuído à presença do óxido de cobalto antiferromagnético, que leva à formação de interfaces ferromagnética (Co)/antiferromagnética (CoO) cujo acoplamento resulta no aumento do campo coercivo (HC1) nos ciclos de histerese obtidos após o resfriamento da amostra na presença de alto campo (Field Cooling - FC). Além do fenômeno de exchange bias foi observado um comportamento anômalo do campo coercivo com a temperatura. O campo coercivo aumenta com a diminuição da temperatura a partir de 300 K, atingindo um máximo em torno de 100 K a partir desta temperatura o campo coercivo reduz signi_cativamente. Tal dependência foi encontrada tanto para os eletrodep ósitos preparados por eletrodeposição pulsada galvanostática, quanto para aqueles preparados por eletrodeposição pulsada potenciostática. Entretanto, os últimos não apresentaram o comportamento magnético de exchange bias. A anomalia do campo coercivo versus a temperatura, baseado na análise da suscetibilidade magnética reversível, se deve à contribuição magnetoelástica à anisotropia total do sistema.

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No. of bitstreams: 1 TeseHK.pdf: 24150463 bytes, checksum: 01dbd687f820bc66bb3bdd11007d35a8 (MD5) Previous issue date: 2016-04-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / This work presents the development of an experimental apparatus and a route for the growth of InP nanowires whose general characteristics and properties made them suitable for the construction of electronic devices. Among theses characteristics, one may cite: desired dimensions, uniformity, quantity and composition. The synthesis system allowed the growth of a large amount of InP nanowires with diameter distributed around values smaller than 80 nm, grown in different substrates, covering them with a dense and uniform layer. Most important, all this in a reproducible way. The structural and morphological analyses, which resulted in the above described characteristics also allowed the observation of a amorphous/polycrystalline layer around the mono crystalline nucleus of the nanowires. Afterwards, the optoelectronic properties of the samples were studied. For this purpose, three types of devices were fabricated: single nanowire based devica, built using photolitography; nanowires network based device built from direct evaporation of contacts over the nanowires layer and from the growth of nanowires over pre defined contacts. The electronic transport mechanism was investigated by temperature dependent resistance measurements, obtaining the same dominant mechanism of hopping in all three types of device. This result indicates that the effect of the disorder attributed to the amorphous/polycrystalline layer and its interface to the monocrystalline nucleus was a critical factor to the determination of the sample’s properties. In order to complement and confirm the obtained results, other experiments were carried out: thermally stimulated current, showing additional energy levels inside the band gap, indicated in literature as levels originated from structural disorder; photo luminescence measurements, presenting a strong potential fluctuation due to localized states and photoconductivity, obtaining a sub linear dependence with the power excitation, typically observed in material with the presence of carrier traps. In this manner, the influence of localized states due to structural disorder was confirmed as the maind factor to the samples behaviour for both electronic and optical properties. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento do aparato experimental e de uma rota para crescimento de nanofios de InP que exibiram, de maneira geral, características e propriedades que os tornaram adequados para a construção de dispositivos eletrônicos, dentre as quais pode-se citar: dimensões, uniformidade, quantidade e composição desejadas. O sistema de síntese permitiu o crescimento de uma grande quantidade de nanofios de InP com diâmetros distribuídos em torno de 80 nm, em diferentes tipos de substratos, recobrindo-os com uma camada densa e uniforme, e, o mais importante, de maneira reprodutível. Após as caracterizações estruturais e morfológicas que resultaram nas características descritas acima e na observação da formação de uma camada amorfa/policristalina em torno do núcleo monocristalino dos nanofios, as propriedades optoeletrônicas das amostras foram estudadas. Para isso foram fabricados três tipos de dispositivos: de um único fio, por litografia óptica; dispositivos de muitos fios por evaporação direta de contatos metálicos sobre a camada de nanofios e pelo crescimento de nanofios sobre os contatos, pré definidos. O mecanismo de transporte eletrônico foi investigado por meio de medidas de resistência em função da temperatura e, nos três tipos de dispositivos, foi obtido o mecanismo de hopping como dominante no processo de condução, indicando que o efeito da desordem devido à camada amorfa/policristalina, e a sua interface com o núcleo monocristalino, foi crítico para definir as propriedades das amostras. Para complementar e confirmar estes resultados, foram realizadas outros experimentos: corrente termicamente estimulada, mostrando níveis adicionais dentro do gap, indicados na literatura como níveis originados por desordem estrutural; fotoluminescência, apresentando uma forte flutuação de potencial devido a estados localizados e fotocondutividade, obtendo uma dependência sublinear com a potência de excitação, típica de materiais com presença de armadilha de portadores. Dessa forma, a influência dos estados localizados devido à desordem estrutural foi confirmada como principal fator para o comportamento das amostras tanto em relação às propriedades eletrônicas quanto ópticas. / 2012/06916-4

Neste trabalho se realiza a síntese e caracterização de nanofios de óxido de zinco. Adicionalmente se apresenta o processo de montagem de um dispositivo para medidas elétricas deste material. Estuda-se complementarmente o efeito do tratamento de plasma sobre as propriedades de fotoluminescência do material. Nanofios foram sintetizados pelo mecanismo vapor-líquido-sólido (VLS), utilizando ouro como catalizador e safira c-plane como substrato. As amostras foram caracterizadas utilizando microscopia eletrônica de varredura, fotoluminescência a temperatura ambiente, difração de raios X, e microscopia eletrônica de transmissão. Os nanofios obtidos têm seção transversal com formato quase hexagonal, e larguras de aproximadamente 46 nm. O comprimento deles varia de 3 a 10 μm. Os resultados de difração de raios x e microscopia eletrônica de transmissão mostram que eles são monocristalinos com rede cristalina tipo wurtzita, e com direção de crescimento no eixo c. Foram estudados os efeitos da potência de plasma de oxigênio (O2) na fotoluminescência dos nanofios a temperatura ambiente. A diferença na fotoluminescência após diferentes tratamentos de plasma de O2 mostra que a razão entre a emissão da região do band gap e da banda do visível pode ser modificada pelo tratamento. Este efeito corrobora com a hipótese de que a banda verde de luminescência está relacionada às vacâncias de zinco. A variação percentual da razão entre as duas regiões apresenta uma dependência linear com a potência do plasma. / In this work, we performed the synthesis and characterization of zinc oxide nanowires. We also report an assembly process to measure the electrical properties of this material. We study the plasma treatment effect on the photoluminescence spectra of the nanowires. Nanowires were synthesized via vapor-liquid-solid mechanism, using gold as catalyst and c-plane sapphire as substrate. The samples were characterized using scanning electron microscopy, room temperature photoluminescence, x-rays diffraction and transmission electron microscopy. Our nanowires show a quasi-hexagonal cross section, with diameters of approximately 46 nm. Their lengths ranged from 3 to 10 μm. Our results show monocrystalline wurtzite crystal nanowires with c growth direction. We also study the plasma power effect of oxygen (O2) plasma treatment on the room temperature photoluminescence spectra of the nanowires. Our results show that the deep level emission to near band emission ratio decreases with the plasma treatment. This effect supports the hypothesis that claims the green band luminescence is related to the oxygen vacancies. Furthermore, the relative ratio change depends linearly on the plasma power.