Esta dissertação apresenta um estudo experimental sobre o transporte de massa de nanopartículas magnéticas induzido por um gradiente de temperatura, denominado termodifusão. A técnica de Varredura-Z é utilizada para gerar o aumento de temperatura na região irradiada pelo laser Gaussiano e formar o gradiente de temperatura. A sequente migração de nanopartículas é caracterizada pelo gradiente de concentração gerado no estado estacionário do fluxo de partículas, definindo o coeficiente Soret ST. O objetivo deste trabalho é verificar a variação de ST com o tamanho médio d0 das nanopartículas de ferrofluidos eletrostaticamente carregados em solução ácida. A dependência de ST com d0 surge do coeficiente de difusão de massa, explicando a dependência linear encontrada experimentalmente. Nestes materiais, a migração de nanopartículas ocorre para a região quente da amostra. Mostramos que este comportamento ocorre pela diminuição da carga superficial da nanopartícula na parte mais quente da amostra, diminuindo a repulsão eletrostática. A influência dos íons presentes na solução é obtida através da mudança na amplitude de ST com a diminuição do pH na amostra. Uma previsão teórica, baseada na eletrostática da dupla camada elétrica, concorda com estes dados considerando alta blindagem eletrostática das nanopartículas e a diminuição da carga superficial com o aumento da temperatura. / This dissertation presents an experimental study about the mass transport of magnetic nanoparticles induced by a temperature gradient, called thermodiffusion. The Z-scan technique is used to generate the temperature increasing in the region irradiated by the Gaussian laser beam and create the temperature gradient. The following nanoparticles migration is characterized by the concentration gradient of the stationary particles flux, defining the Soret coefficient ST. The aim of this work is to obtain the variation of ST with the average size d0 of electrostatically charged ferrofluid nanoparticles in acidic solution. The ST dependence with d0 comes from the mass diffusion coefficient, in agreement with the linear dependence found experimentally. In these materials the nanoparticles migration occurs to the hot region of the sample. We show that this behavior is owing to the reduction of the nanoparticle´s surface charge in the hottest region of the sample, decreasing electrostatic repulsion. The influence of the ions from solution is obtained through the change in ST amplitude with reduction of the samples pH. A theoretical prediction, based in the electrostatic of the double layer, agrees with this data considering a high screening of the nanoparticles and decreasing of the surface charge with temperature increasing.

Esta dissertação apresenta um estudo experimental sobre o transporte de massa de nanopartículas magnéticas induzido por um gradiente de temperatura, denominado termodifusão. A técnica de Varredura-Z é utilizada para gerar o aumento de temperatura na região irradiada pelo laser Gaussiano e formar o gradiente de temperatura. A sequente migração de nanopartículas é caracterizada pelo gradiente de concentração gerado no estado estacionário do fluxo de partículas, definindo o coeficiente Soret ST. O objetivo deste trabalho é verificar a variação de ST com o tamanho médio d0 das nanopartículas de ferrofluidos eletrostaticamente carregados em solução ácida. A dependência de ST com d0 surge do coeficiente de difusão de massa, explicando a dependência linear encontrada experimentalmente. Nestes materiais, a migração de nanopartículas ocorre para a região quente da amostra. Mostramos que este comportamento ocorre pela diminuição da carga superficial da nanopartícula na parte mais quente da amostra, diminuindo a repulsão eletrostática. A influência dos íons presentes na solução é obtida através da mudança na amplitude de ST com a diminuição do pH na amostra. Uma previsão teórica, baseada na eletrostática da dupla camada elétrica, concorda com estes dados considerando alta blindagem eletrostática das nanopartículas e a diminuição da carga superficial com o aumento da temperatura. / This dissertation presents an experimental study about the mass transport of magnetic nanoparticles induced by a temperature gradient, called thermodiffusion. The Z-scan technique is used to generate the temperature increasing in the region irradiated by the Gaussian laser beam and create the temperature gradient. The following nanoparticles migration is characterized by the concentration gradient of the stationary particles flux, defining the Soret coefficient ST. The aim of this work is to obtain the variation of ST with the average size d0 of electrostatically charged ferrofluid nanoparticles in acidic solution. The ST dependence with d0 comes from the mass diffusion coefficient, in agreement with the linear dependence found experimentally. In these materials the nanoparticles migration occurs to the hot region of the sample. We show that this behavior is owing to the reduction of the nanoparticle´s surface charge in the hottest region of the sample, decreasing electrostatic repulsion. The influence of the ions from solution is obtained through the change in ST amplitude with reduction of the samples pH. A theoretical prediction, based in the electrostatic of the double layer, agrees with this data considering a high screening of the nanoparticles and decreasing of the surface charge with temperature increasing.

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática. / Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase.

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática. / Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase.