Orientador: Alexys Bruno Alfonso / Banca: Lucila Helena Deliesposte Cesgato / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Os cristais fotônicos têm recebido grande atenção da comunidade científica nos últimos anos. As suas aplicações incluem a construção de guias de onda, chips ópticos e células solares, o controle de emissão de radiação e o gerenciamento de informações. Neste trabalho são calculados os modos de propagação de ondas eletromagnéticas em cristais fotônicos bidimensionais. Os cristais estudados são arranjos de fios circulares infinitos de um tipo de meio óptico, imersos numa matriz de outro meio óptico. As estruturas cristalinas consideradas são a quadrada simples, hexagonal simples e honeycomb. É analisada a propagação perpendicular aos fios e, portanto, são consideradas duas polarizações: a transversão elétricas e a transversal magnética. Os cálculos numéricos são realizados para diferentes combinações dos materiais que compõem o cristal fotônico. Isto permite investigar como o espectro fotônico depende da geometria do cristal e do contraste entre os meios ópticos que o compõem. Para resolver a equação de ondas, o campo eletromagnético é expresso como combinação linear de um conjunto de ondas harmônicas planas. Foi encontrado bom acordo entre as frequencia calculadas e resultados disponíveis na literatura do tema, corroborando a existência de gaps fotônicos parciais nas estrutuaras simples e gaps fotônicos completos na estrutura honeycomb. Além disso, verificou-se que o surgimento de gaps requer menor constrate de índice de refração no caso hexagonal, quando comparado com o quadrado / Abstract: Photoic crystals have received some attention from the scientific community in the las years. Their applications include the fabrication of waveguides, optical chips and solar cells, control of radiation emission and information management. In this work, the propagation of electromagnetic waves in two-dimensional photonic crystals is theoretically investigated. The structures under study are periodic arrangements of infinite circular wires of a given optical medium, immersed in a matrix of another optical medium. The considered cyrstalline structures are the simple square, the simple hexagonal and the honeycomb lattices. Only the propagation perpendicular to the wires is analyzed. Hence, we consider two polarizations: transverse electrical and transverse magnetic. The calculations are performed for different combinations of the materials composing the crystal. This allows the investigation of how the photonic spectrum depends on both the crystal geometry and the contrast between the refractuve index of the composing materials. The wave equation is solved by expressing the solution as a linear combination of a set of harmonic plane waves. Good agreement between the calculated frequencies and the results available in the literature is found, thus confirming the existence of partial photonic gaps in the simple lattices and complete photonic gaps in the honeycomb lattice. Moreover, it was verified that occurrence of gaps in the hexagonal case requires less refractive-index contrast, when compared with the square one / Mestre

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