Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-16T16:02:24Z No. of bitstreams: 1 2016_CarimeVitóriadaSilvaRodrigues.pdf: 5589794 bytes, checksum: 317161d95850da70aa256a52ca28ec10 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-21T15:13:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_CarimeVitóriadaSilvaRodrigues.pdf: 5589794 bytes, checksum: 317161d95850da70aa256a52ca28ec10 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-21T15:13:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_CarimeVitóriadaSilvaRodrigues.pdf: 5589794 bytes, checksum: 317161d95850da70aa256a52ca28ec10 (MD5) / Procedimentos sintéticos simples foram aplicados para a obtenção de Quantum Dots de Carbono altamente luminescentes, também conhecidos como C-Dots, a partir de uma fonte de carbono abundante, que são os resíduos da indústria cervejeira. Os procedimentos sintéticos foram realizados com o objetivo de investigar os efeitos da etapa de oxidação sobre as propriedades do nanomaterial. As propriedades de Downconversion e Upconversion dos C-Dots são aqui exploradas. Além disso, os C-Dots foram aplicados em experimentos de imageamento em células e vivas e fixadas e os resultados são aqui discutidos. ___________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Simple synthetic procedures have been applied for obtaining highly luminescent carbon quantum dots, also referred to as C-Dots, from an abundant carbon source, which are the brewing industry waste. The synthetic procedures have been conducted aiming at investigating the effects of the oxidation stage on the properties of the nanomaterial. C-Dots down- and up-conversion properties are disclosed herein. Besides, those C-Dots were applied in cellular imaging experiments in live and adhered cells and the results are disclosed herein.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-16T11:22:56Z No. of bitstreams: 1 2016_AlexandreCavalheiroDias.pdf: 8738859 bytes, checksum: e48f26fc263ba97c0a1ee2c71d971459 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-25T20:48:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AlexandreCavalheiroDias.pdf: 8738859 bytes, checksum: e48f26fc263ba97c0a1ee2c71d971459 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-25T20:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AlexandreCavalheiroDias.pdf: 8738859 bytes, checksum: e48f26fc263ba97c0a1ee2c71d971459 (MD5) / Monocamadas de Dicalcogenetos de metais de transição (DCMT) possuem um gap direto na região de espectro visível, ideal para aplicação em optoeletrônica. A monocamada do bulk bidimensional de DCMT com geometria infinita exibe um forte confinamento unidimensional de portadores de carga, mas preserva a dispersão do tipo bulk no plano 2D. Em contraste, o ponto quântico (PQ) de DCMT é restrito nas três dimensões, as quais apresentam propriedades ópticas e eletrônicas ajustáveis ao tamanho, além das notáveis características relacionadas aos graus de liberdade do spin e do vale herdados dos materiais bidimensionais do tipo bulk. Assim PQs de DCMT são promissores blocos de construção em sistemas integrados de informação quântica, spintrônica e optoeletrônica. Nós obtivemos a energia efetiva do efeito Zeeman (EEZ) e o espectro de absorção magneto-óptico em PQs circulares de monocamadas de DCMT sujeitos a um campo magnético perpendicular fora do plano, mais especificamente o MoS2. Em contraste, a monocamada do bulk bidimensional de DCMT, os níveis de energia nos PQs de DCMT apresentam dependência não linear com o campo magnético aplicado. Conforme o aumento do campo magnético, os níveis evoluem de energias atômicas degeneradas no vale para níveis de Landau com quebra de simetria inverso temporal (SIT). Nós calculamos que a energia Zeeman do vale, a qual mede a separação entre os níveis de energia nos vales K e K', mostra uma dependência linear com o campo magnético, e seu sinal pode ser invertido através da mudança de direção do campo magnético aplicado. Notavelmente, a energia Zeeman no vale é robusta em relação ao tamanho do PQ. Além disso, nós também prevemos o espectro de absorção magneto-óptico em PQs de DCMT sob luz circularmente polarizada (CP) e luz linearmente polarizada (LP). Para luz CP, nós observamos um espectro de absorção com seleção do vale pela polarização, conforme mostrado na monocamada do bulk bidimensional. Entretanto, diferente da monocamada, a qual possui um espectro de absorção com freqüências fixas, tanto a intensidade como a freqüência de absorção podem ser ajustadas através da geometria do PQ em conjunto com o campo magnético. Além disso, para luz LP, nós achamos a absorção óptica dependente do spin mas sem a polarização do vale. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers have a direct band gap in the visible region of the spectrum, ideal for optoelectronic applications. The 2D monolayer bulk TMDCs with infinite geometry exhibit strong carrier confinement in one dimension but preserve the bulklike dispersion in the 2D plane. In contrast, a TMDC quantum dot (QD) is restricted in three dimensions which presents size tunable electronic and optical properties in addition to the remarkable characteristics related to spin-valley degree of freedom inherited from its 2D bulk materials. Thus TMDCs QDs are promising building blocks in integrated quantum information, spintronic and optoelectronic systems. We report effective valley Zeeman energy and magnetooptical absorption in monolayer TMDC circular QDs subject to an out-of-plane magnetic field, more specifically for MoS2 . In contrast to 2D monolayer bulk TMDCs, energy levels in the TMDC QDs display nonlinear dependence on applied magnetic field. As the magnetic field increases from zero, they evolve from valley degenerate atomic energy levels into time-reversal symmetry broken Landau levels. We find that the valley Zeeman energy, which measures the splitting between energy levels in K- and K’- valleys, shows a linear dependence on magnetic field and its sign can be reversed by changing the direction of applied magnetic field. Remarkably, the valley Zeeman energy is robust against dot size. Besides, we also predict the magneto-optical absorption spectra in TMDC QDs under both the circularly polarized (CP) and linearly polarized (LP) light fields. For the CP light, we observe an absorption spectrum with valley selected polarization, as reported in the 2D monolayer bulk. However, unlike the 2D monolayer bulk in which the absorption spectrum having a fixed frequency, both the intensity and frequency of the absorption can be tuned by the dot geometry in addition to by a magnetic field. Furthermore, for the LP light, we find the spin dependent but valley unpolarized optical absorption.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-08-06T14:46:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elcivan dos Santos Silva.pdf: 6224760 bytes, checksum: 94c537842fa4d66158cc9db90e8afec2 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-08-07T13:37:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elcivan dos Santos Silva.pdf: 6224760 bytes, checksum: 94c537842fa4d66158cc9db90e8afec2 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-08-07T13:41:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elcivan dos Santos Silva.pdf: 6224760 bytes, checksum: 94c537842fa4d66158cc9db90e8afec2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-07T13:41:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elcivan dos Santos Silva.pdf: 6224760 bytes, checksum: 94c537842fa4d66158cc9db90e8afec2 (MD5) Previous issue date: 2013-03-08 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Quantum dots have been studied using two electrodes, represented by two conduction bands, coupled to an Anderson impurity. This impurity can be empty, occupied by an electron with energy f or two electrons with energy 2 f + U, where U is the Coulomb interaction between the electrons. The calculation of thermodynamic and transport properties in this model is rather complex, since the interaction U between the orbital electrons of the impurity induce many body interaction via the hybridization of the orbital levels with the conduction bands. Interactions of this type require sophisticated methods of many body calculation, usually numeric, with great computational demand In this Dissertation we use the above model in a simplified form, in the zero limit of the conduction bands width, and introduced the Rashba spin-orbit interaction to the conduction electrons. Thus, the conduction bands are replaced by their respective Fermi levels that are coupled to a third level, which represents the quantum dot. The advantage of the above model is that we can treat it exactly, without making any approach concerning their parameters. As the model is represented by three energy levels and each level can be unoccupied, occupied by an electron with spin up or spin down, or two electrons, one with spin up and the other with spin down, the Hamiltonian can be represented by a 64x64 matrix, which makes it difficult to perform an exact diagonalization. To work around this issue, we find that the studied Hamiltonian conserves charge and parity. This allows us to rewrite the Hamiltonian in the form of matrices whose basis belong to subspaces of the same charge and parity. With this procedure, the 64x64 matrix is replaced by a 1x1 matrix in the zero charge subspace, two 3x3 matrices in the one charge subspace, two 3x3 matrices and one 9x9 matrix in the two charge subspace, two 1x1 matrices and two 9x9 matrices in the three charge subspace, two 3x3 matrices and one 9x9 matrix in the four charge subspace, two 3x3 matrices in the five charge subspace, and one 1x1 matrix in the six charge subspace. Knowing the eigenstates (eigenvalues and eigenvectors) of the Hamiltonian of the studied model, we determined their corresponding thermodynamic and transport properties. Thus, we present the behavior of the energy spectrum, the occupation number, the magnetic susceptibility, the specific heat and the electrical conductance as a function of the parameters of the model. / Os pontos quânticos têm sido estudados utilizando-se dois eletrodos, representados por duas bandas de condução, acoplados a uma impureza de Anderson. Essa impureza pode estar com seus níveis de energia vazio, ocupado com um elétron com energia f ou com dois elétrons, com energia 2 f +U, onde U é a interação Coulombiana entre os seus elétrons. O cálculo das propriedades termodinâmicas e de transportes nesse modelo é bastante complexo, uma vez que a interação U entre os elétrons do orbital da impureza induz interações de muitos corpos, via a hibridização desse orbital com os níveis das bandas de condução. Interações desse tipo exigem métodos sofisticados de cálculo de muitos corpos, em geral numéricos, com grande demanda computacional. Nesta dissertação utilizamos o modelo acima de uma forma simplificada, no limite da largura das bandas de condução zero, e introduzimos a interação spin-órbita de Rashba aos elétrons de condução. Dessa forma, as bandas de condução são substituídas pelos seus respectivos níveis de Fermi que se acoplam a um terceiro nível, que constitui o ponto quântico. A vantagem do modelo acima é que podemos tratá-lo exatamente, sem fazer nenhuma aproximação a respeito dos seus parâmetros. Como o modelo é representado por três níveis de energia e cada nível pode estar desocupado, ocupado com um elétron com spin para cima ou para baixo, ou com dois elétrons, um com spin para cima e outro com spin para baixo, o Hamiltoniano pode ser representado por uma matriz de dimensão 64x64, o que torna difícil sua diagonalização exata. Para contornar essa questão, verificamos que o Hamiltoniano estudado possui as propriedades de conservação de carga e de paridade. Isso nos permite reescrevê-lo na forma de matrizes cujas bases pertencem a subespaços de mesma carga e paridade. Com esse procedimento, a matriz de dimensão 64x64 é substituída por uma matriz 1x1 no subespaço de carga zero, duas matrizes 3x3no subespaço de carga 1, duas matrizes 3x3 e uma matriz 9x9 no subespaço de carga 2, duas matrizes 1x1 de carga 3, 2 matrizes 9x9 de carga 3, duas matrizes 3x3 e uma matriz 9x9 no subespaço de carga 4, duas matrizes 3x3 no subespaço de carga 5 e, finalmente, uma matriz 1x1 no subespaço de carga 6. Obtidos os autoestados (autovalores e autovetores) do Hamiltoniano do modelo estudado, passamos a determinar as suas correspondentes propriedades termodinâmicas e de transporte. Assim, apresentamos o comportamento do espectro de energia, o número de ocupação, a susceptibilidade magnética, o calor específico e a condutância elétrica em função dos parâmetros do modelo.

Estudamos transporte quântico dependente de spin em sistemas de ponto e de poço quântico acoplados a contatos magnéticos. O primeiro passo do nosso estudo foi a dedução de fórmulas originais para a corrente e para o ruído em sistemas com tunelamento dependente de spin, através do formalismo de funções de Green de mão equilíbrio. As equações deduzidas reproduzem casos limites da literatura - em particular as fórmulas de Landauer-Buttiker. Posteriormente aplicamos essas fórmulas para estudar três sistemas distintos: (1) ponto quântico acoplado a contatos ferromagnéticos, (2) um ponto quântico acoplado a múltiplos terminais ferromagnéticos, e (3) um poço quântico acoplado a terminais de semicondutor magnético diluído (DMS). No sistema (1) consideramos os alinhamentos paralelo (P) e anti-paralelo (AP) entre as magnetizações dos terminais. Nesse sistema levamos em conta interação de Coulomb e espalhamento de spin no ponto quântico. Com as fórmulas para corrente e ruído deduzidas aqui, encontramos, por exemplo, que a interação de Coulomb, combinada com o magnetismo dos eletrodos, leva a um bloqueio de Coulomb dependente de spin. Esse efeito por sua vez leva a uma polarização da corrente que pode ser modulada (intensidade e sinal) através de uma tens~ao externa. Também encontramos que o espalhamento de spin leva a comportamentos contrastantes entre corrente e ruído. Enquanto a corrente na configuração AP aumenta com a taxa de espalhamento de spin R, o ruído nessa mesma configuração é suprimido para uma certa faixa de valores de R. Um outro efeito interessante que observamos foi a possibilidade de se suprimir o ruído térmico através de uma tensão de porta. Para o sistema (2) mostramos que é possível injetar corrente &#8593-polarizada no ponto quântico e coletar simultaneamente correntes &#8593 e &#8595 polarizadas em terminais diferentes. Além disso, a corrente ao passar do reservatório emissor para um dos reservatórios coletores tem a sua polarização intensificada. Portanto esse sistema pode operar como inversor e amplificador de polarização de corrente. Por último, analisamos os efeitos de terminais DMS e quantização de Landau (na presença de um campo magnético externo) sobre a corrente e o ruído no sistema (3). Encontramos que o efeito Zeeman gigante nos terminais DMS, gerado pela interação de troca s-d, leva a uma polarização da corrente. Em particular, para uma certa faixa de tensão o efeito Zeeman gigante resulta na completa supressão de uma dada componente de spin no transporte. Com isso é possível controlar a polarização da corrente através de uma tensão externa. Também observamos oscilações na corrente, no ruído e no fator de Fano como função do campo magnético. / We study spin dependent quantum transport in quantum dots and quantum well devices attached to magnetic leads. We first derive general formulas, including electron-electron interaction and spin flip, for both current and noise, using the no equilibrium Green function technique (Keldysh). From our equations we regain limiting cases in the literature - in particular the Landauer-Buttiker formula when we neglect electron-electron interaction. We apply these formulas to study three distinct systems: (1) a quantum dot attached to two ferromagnetic leads, (2) a quantum dot linked to many ferromagnetic leads, and (3) a quantum well coupled to dilute magnetic semiconductor (DMS) terminals. In the first system we consider both parallel (P) and anti-parallel (AP) ferromagnetic alignments of the leads. Coulomb interaction and spin flip scattering are also taken into account. With the formulas for the current and the noise derived here, we find, for instance, that the Coulomb interaction, combined with the magnetism of the electrodes, gives rise to a spin-dependent Coulomb blockade. This effect allows the control (intensity and sign) of the current polarization via the bias voltage. We also observe that spin flip scattering yields contrasting behavior between current and shot noise. While the current in the AP configuration increases with the spin flip, the shot noise becomes suppressed for a range of spin flip rates. Another interesting finding is the possibility to suppress the thermal noise via a gate voltage. For the dot coupled to three magnetic leads, we show that it is possible to inject current &#8593-polarized into the dot from the FM emitter, detect simultaneously &#8593 and &#8595 - polarized currents at distinct collectors. In addition, we find that the current has its polarization amplified when going from the emitter to one of the collectors. Therefore we have a device that operates as both as current polarization inverter and amplifier. Finally, we analyze the effects of DMS leads and Landau quantization on the current and noise of system (3). We and that the giant Zeeman effect in the DMS leads, due to the it s-d exchange interaction, gives rise to a spin polarized current, and for a particular bias voltage range, full suppression of one spin component. This gives rise to the possibility of tuning the current polarization via the bias voltage. We also observe oscillations in the current, the noise and the Fano factor as a function of the magnetic field.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é um método de tratamento do câncer e de outras doenças baseado no efeito conjunto de um composto fotoativo, luz da região visível ou infravermelho próximo e oxigênio molecular. O diagnóstico por fluorescência (DF) é uma técnica para o diagnóstico precoce de diversas doenças que consiste em utilizar algum composto fluorescente para distinguir tecido tumoral de tecido saudável. As porfirinas são amplamente utilizadas como fotossensibilizadores (FS) na TFD e como fluoróforos (FF) no DF. Os pontos quânticos (PQ) são novas nanoestruturas que possuem intenso e largo espectro de absorção na região espectral UV e visível, espectro de luminescência muito intenso e estreito e são fotoestáveis. Isso os torna promissores para o uso em TFD ou em DF, competindo com FS e FF orgânicos. A interação entre PQ e FS orgânicos pode aumentar a eficiência de ambos, devido aos processos de transferência de energia e/ou de carga. Durante o fototratamento os FS podem sofrer fototransformações, perdendo sua fotoatividade e formando produtos estáveis tóxicos. Isso torna importante o estudo da fototransformação dos FS. Neste trabalho, estudou-se, através da espectroscopia de absorção óptica, da fluorescência com resolução temporal e de flash-fotólise, a interação das porfirinas meso-tetrametil piridil (TMPyP) e meso-tetrasulfonatofenil (TPPS4) com o PQ de Telureto de Cádmio (CdTe) encapsulado com ácido 3-mercaptopropiônico (MPA) e sua fotólise individual e em conjunto. Os experimentos entre a TMPyP e o PQ mostraram que existe a formação de um complexo de transferência de carga entre a porfirina e o PQ. Verificou-se que a formação do complexo TMPyP-PQ aumenta a eficiência do processo de fotólise. A interação entre a p TPPS4 e o PQ em pH 4,0 (TPPS4 biprotonada) induz a transferência dos prótons para o PQ. A porfirina TPPS4 em pH 7,0 com adição de PQ não apresentou mudanças espectrais. Entretanto, em ambos os pHs, o PQ causava o aumento da velocidade de fotólise da TPPS4, sendo que o efeito do PQ foi maior em pH 4,0. Os resultados obtidos mostraram a importância da carga dos componentes, tanto na sua interação, como na eficiência de fotólise, devido à sua interação eletrostática. Também foi observado um aumento da intensidade da fluorescência de sistemas porfirina-PQ durante a fotólise. Esse efeito pode ser explicado pela redução da supressão da fluorescência devido à diminuição das concentrações dos componentes durante a fotólise. / The Photodynamic Therapy (PDT) is a method of treatment of cancer and other diseases based on combined effects of a photoactive compound, visible or near infrared light and molecular oxygen. The diagnosis by fluorescence (DF) is a technique for diagnostics of disease that consists in utilizing fluorescence compound to discern tumor tissue from a healthy one. Porphyrins are widely used as photosensitizer (PS) in PDT and as fluorophore (FP) in DF. Quantum dots (QD) are new nanostructures, which have intense and broad absorption spectrum in the UV and visible light region, intense and narrow luminescence spectrum and possess high photostability. They are considered promising for clinical application in PDT and/or DF, competing with organic PS and FP. Interaction between QD and organic PS can increase the efficiencies of both, due to the energy and/or charge transfer processes. The PS phototransformation during phototreatment may lead to loss of the PS photoactivity and formation of toxic products, that is important to study the processes of the PS phototransformation. In this work, with the support of absorption spectroscopy, steady state and time resolved fluorescence and flash-photolysis, we study interaction of meso-tetramethyl pyridyl (TMPyP) and meso-tetrakis sulfonatofenyl (TPPS4) porphyrins with CdTe QD functionalized with 3-mercaptopropionic acid (MPA) and their photolysis individual and in mutual. Experiments with TMPyP and QD demonstrate formation of a charge transfer complex between the porphyrin and the QD. We have verified that TMPyP-QD complex increases the efficiency of the porphyrin photolysis. The photolysis of the proper complex has been observed, as well. The interaction between TPPS4 and QD at pH 4.0 (biprotonated TPPS4) provokes deprotonation of the porphyrin via the proton transfer to QD. At pH 7.0 (deprotonated TPPS4) interaction of the porphyrin with the QD does not change TPPS4 spectral characteristics. Nevertheless, at both pHs QD cause increase in the TPPS4 photolysis rate, the effect being higher at pH 4.0. The observed results demonstrate the importance of the component charges both at their interaction and in photolysis efficiency, associated with their electrostatic interaction. The fluorescence intensity of the porphyrin-QD systems is enhanced during photolysis. This effect may be explained as the fluorescence quenching reduction due to decrease of the compound concentrations in the photolysis process.

O uso das quasi-particulas de Majorana que emergem nas bordas de um supercondutor topológico é uma plataforma promisora para computação quântica. Novas propostas usam quantum dots (QDs) para detectar sinais de Majorana. Este método tem duas vantagens: 1) Os QDs são os melhores dispositivos para estudar a co-existência de Kondo e Majorana, a qual têm sido reportada recentemente em experimentos. 2) O controle experimental preciso sobre os quantum dots que temos hoje em dia oferece a oportunidade única para manipular quasi-partículas de Majoranas dentro de sistemas com vários dots. Esta ideia abriu novos caminhos para o desenho de arquiteturas quânticas, nos aproximando do objetivo de implementar um computador quântico topológico. O caso mais simples em que se é possível manipular tais quasi-partículas é num quantum dot duplo (DQD). Este modelo oferece várias possibilidades para mover os Majoranas, incluindo múltiplas configurações geométricas dos dots como acoplamentos simétricos, lineares e em junções T. Neste trabalho vamos apresentar uma análise teórica das transiç?s dos sinais de Majorana dentro do DQD em sistemas interagentes e não interagentes. Vamos ver que é possível controlar a localização dos modos zero de Majorana mediante o incremento nas voltagens de gate dos QDs. Também vamos explorar como esses sinais interagem com o efeito Kondo que emerge em superposição com o modo zero de Majorana. Principalmente, vamos a usar dois métodos neste projecto: 1) Usamos as equações de movimento no formalismo de funções de Green para obter expressões exatas para a densidade de estados em sistemas não interagentes. Vamos apresentar o método the eliminação de Gauss-Jordan com grafos, o qual permite resolver rapidamente o sistema linear emergente nas equações de movimento. 2) Em sistemas Coulomb interagentes usamos NRG, no qual poderemos observar a interação entre o Majorana e o efeito Kondo. Vamos testar ambos os métodos nos modelos de um double quantum dot e um QD acoplado com uma cadeia de Majorana, com o qual vamos reproduzir os resultados presentes na literatura. Finalmente, incluímos a maior contribuição deste trabalho, o estudo de um DQD acoplado a uma cadeia de Majorana. / Majorana zero modes (MZMs) emerging at the edges of topological superconducting wires are a promising platform for fault-tolerant quantum computation. Novel proposals use quantum dots (QDs) coupled to the end of these wires to detect Majorana signatures. This detection method provides the following advantages: 1) This device allows to study the prospective coexistence of Kondo-Majorana signatures, which have been recently reported in experiments. 2) Today\'s precise experimental control over QDs offers the unique possibility of manipulating MZMs inside multi-dot systems. This innovative idea has enlightened the design of scalable quantum architectures, bringing us closer to the implementation of a topological quantum computer. The simplest case where Majorana manipulation is possible is in a double quantum dot (DQD). This system offers several possibilities for manipulation of MZMs, including different geometric configurations of the dots, from symmetric and linear couplings to T-dot junctions. In this project, we perform a theoretical study of the transitions of the Majorana signature in these geometries in non-interacting and interacting regimes. By tuning the dot\'s gate voltages, we will show that it is possible to control the localization of the MZM inside both dots. We will also explore the interplay of these signatures with the Kondo effect, which emerges in non-interacting dots in superposition with the MZM. We adopt two methods in this project: 1) The Green equations of motion (EOM) allow us to obtain exact expressions for the density of states in coulomb-non-interacting systems. We present the Graph -Gauss-Jordan elimination process as a simple-graphical method to solve the emergent linear systems in the EOM. 2) We use Wilson\'s numerical renormalization group (NRG) in interacting systems, to study the combined Kondo-Majorana physics. We will test these methods, first in a double quantum dot (DQD) (chapter 3) and then in a QD-Majorana model (chapter 4), where we confirm the results of previous papers [1-3]. Finally, we include the main contribution of this thesis, the study of a DQD coupled to a Majorana chain (chapter 5).

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCFD.pdf: 6321506 bytes, checksum: b2c56cc8c4492b4e60e620c6c69f6788 (MD5) Previous issue date: 2003-10-10 / Effects of the direct and exchange electron-electron interaction, external magnetic field, symmetry of the charge carriers confining potential, radius, material g-factor, and also of the spin-orbit interaction in zincblende structure materials, are treated on the electronic and transport properties of semiconductor quantum dots (islands) charged by many particles. Three distinct kinds of confining potentials are considered: spherical, parabolic, and quasi-one-dimensional which, respectively, define a three-dimensional, two-dimensional, and one-dimensional island; the first one is more appropriated for the description of quantum dots formed in glassy matrices, while the last two better describe quantum dots litographically defined in a two-dimensional electron gas. Transport properties are considered in the spherical and quasi-one-dimensional islands, where we assume that the electronic current is in the resonant tunneling ballistic and coherent regimes, with essential role played by the excited states of the specific symmetry. We show that different geometries induce distinct level ordering in the island and that there is, in addition to the usual spin blockade, another kind of blockade mechanism which influences the system current; we label it by orbital blockade, because it is essentially due to the structure geometric confinement. We calculate the electronic spectrum of the many-particle system according to its symmetry. In the spherical case, we firstly use the LS-coupling scheme in order to obtain the eigenstates of an island charged by 3 electrons, following the orbital L and spin S total angular momentum addiction rules; we consider intensities of the magnetic field that allow us to neglect its diamagnetic contribution; the electron-electron interaction is treated as a perturbation in a Hartree-Fock way. In the following we use, in this same symmetry, the Roothaan and Pople-Nesbet matrix methods in order to deal with islands charged by 40 electrons, where the addition spectrum is calculated and Hund s rule is verified; we show how a magnetic field is able to violate such rule. The advantage of this numerical approach is the possibility to deal with a very high occupation in the island; the disadvantage is that their eigenstates do not have defined L and S values, as it is the case in the LS-coupling scheme. In the parabolic case, we employ a numerical diagonalization in order to obtain the island eigenstates charged by 2 electrons, without any restrictions regarding the magnetic field intensity or the system radius; we take into account both possible spinorbit couplings, one related to the implicit absence of zincblende crystalline structure inversion symmetry (Dresselhaus effect), and the other one related to the absence of structure inversion symmetry as caused by the confinement defining the two-dimensional electron gas (Rashba effect); we analyze the critical magnetic fields where both effects give origin to a intrinsic spin mixture in the island, inducing level anticrossings in the Fock-Darwin spectrum where intense spin-flips processes occur. In the quasi-onedimensional case, we just reproduce a known spectrum for an island charged by 4 electrons. / Efeitos da interação elétron-elétron direta e de troca, de um campo magnético externo, da simetria da região de confinamento dos portadores de carga, do raio dessa região, do fator g do material e das possíveis formas de interação spin-órbita em materiais com estrutura zincblende, são abordados nas propriedades eletrônicas e de transporte de pontos quânticos semicondutores (ilhas) populados por muitas partículas. Três distintos tipos de potenciais confinantes são considerados: esférico, parabólico, e quasiunidimensional, os quais, respectivamente, definem uma ilha tridimensional, bidimensional, e unidimensional; o primeiro é mais apropriado para a descrição de pontos quânticos formados em matrizes vítreas, enquanto os dois últimos descrevem melhor pontos quânticos litograficamente definidos em um gás de elétrons bidimensional. Propriedades de transporte só não são consideradas no caso parabólico. Nos demais casos, assumimos que a corrente eletrônica se dê em regime balístico e coerente de tunelamento ressonante, com participação essencial dos estados excitados da respectiva simetria. Comprovamos que diferentes geometrias induzem distintos ordenamentos de níveis da ilha e mostramos que, em adição ao bloqueio de spin usual, existe um outro mecanismo de bloqueio que influi na corrente do sistema, o qual rotulamos como bloqueio orbital por ser devido essencialmente ao confinamento geométrico da estrutura. Calculamos o espectro eletrônico do sistema de muitas partículas de acordo com sua simetria. No caso esférico, usamos primeiramente o esquema de acoplamento LS para obter os auto-estados de uma ilha populada por até 3 elétrons, seguindo as regras de adição dos momentos angulares totais orbital L e de spin S, e consideramos intensidades do campo magnético que nos permitam desprezar sua contribuição diamagnética; a interação elétron-elétron é tratada como uma perturbação à maneira Hartree-Fock. Em seguida, nessa mesma simetria, usamos os métodos matriciais de Roothaan e Pople- Nesbet para lidarmos com ilhas populadas por até 40 elétrons, onde o espectro de adição é calculado e a regra de Hund verificada; mostramos como um campo magnético é capaz de violar essa regra. A vantagem dessa abordagem numérica é que podemos lidar com um número muito maior de partículas; a desvantagem é que nem sempre os estados que essa teoria fornece são autoestados com L e S definidos, como ocorre no acoplamento LS. No caso parabólico, realizamos uma diagonalização numérica para a obtenção dos auto-estados de uma ilha populada por até 2 elétrons, sem restrições quanto à intensidade do campo magnético e nem quanto ao raio do sistema, e levando-se em conta ambos os acoplamentos spin-órbita possíveis, sendo um relativo à ausência implícita de simetria de inversão da estrutura cristalina zincblende (efeito Dresselhaus), e outro relativo à ausência de simetria de inversão estrutural causada pelo confinamento que define o gás de elétrons bidimensional (efeito Rashba); analisamos os campos magnéticos críticos onde esses dois efeitos causam uma mistura intrínseca dos spins na ilha, induzindo anticruzamentos de níveis no espectro Fock-Darwin onde intensos processos spin-flip ocorrrem. Já no caso quasi-unidimensional, apenas reproduzimos um espectro já conhecido para uma ilha populada por até 4 elétrons.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é um método de tratamento do câncer e de outras doenças baseado no efeito conjunto de um composto fotoativo, luz da região visível ou infravermelho próximo e oxigênio molecular. O diagnóstico por fluorescência (DF) é uma técnica para o diagnóstico precoce de diversas doenças que consiste em utilizar algum composto fluorescente para distinguir tecido tumoral de tecido saudável. As porfirinas são amplamente utilizadas como fotossensibilizadores (FS) na TFD e como fluoróforos (FF) no DF. Os pontos quânticos (PQ) são novas nanoestruturas que possuem intenso e largo espectro de absorção na região espectral UV e visível, espectro de luminescência muito intenso e estreito e são fotoestáveis. Isso os torna promissores para o uso em TFD ou em DF, competindo com FS e FF orgânicos. A interação entre PQ e FS orgânicos pode aumentar a eficiência de ambos, devido aos processos de transferência de energia e/ou de carga. Durante o fototratamento os FS podem sofrer fototransformações, perdendo sua fotoatividade e formando produtos estáveis tóxicos. Isso torna importante o estudo da fototransformação dos FS. Neste trabalho, estudou-se, através da espectroscopia de absorção óptica, da fluorescência com resolução temporal e de flash-fotólise, a interação das porfirinas meso-tetrametil piridil (TMPyP) e meso-tetrasulfonatofenil (TPPS4) com o PQ de Telureto de Cádmio (CdTe) encapsulado com ácido 3-mercaptopropiônico (MPA) e sua fotólise individual e em conjunto. Os experimentos entre a TMPyP e o PQ mostraram que existe a formação de um complexo de transferência de carga entre a porfirina e o PQ. Verificou-se que a formação do complexo TMPyP-PQ aumenta a eficiência do processo de fotólise. A interação entre a p TPPS4 e o PQ em pH 4,0 (TPPS4 biprotonada) induz a transferência dos prótons para o PQ. A porfirina TPPS4 em pH 7,0 com adição de PQ não apresentou mudanças espectrais. Entretanto, em ambos os pHs, o PQ causava o aumento da velocidade de fotólise da TPPS4, sendo que o efeito do PQ foi maior em pH 4,0. Os resultados obtidos mostraram a importância da carga dos componentes, tanto na sua interação, como na eficiência de fotólise, devido à sua interação eletrostática. Também foi observado um aumento da intensidade da fluorescência de sistemas porfirina-PQ durante a fotólise. Esse efeito pode ser explicado pela redução da supressão da fluorescência devido à diminuição das concentrações dos componentes durante a fotólise. / The Photodynamic Therapy (PDT) is a method of treatment of cancer and other diseases based on combined effects of a photoactive compound, visible or near infrared light and molecular oxygen. The diagnosis by fluorescence (DF) is a technique for diagnostics of disease that consists in utilizing fluorescence compound to discern tumor tissue from a healthy one. Porphyrins are widely used as photosensitizer (PS) in PDT and as fluorophore (FP) in DF. Quantum dots (QD) are new nanostructures, which have intense and broad absorption spectrum in the UV and visible light region, intense and narrow luminescence spectrum and possess high photostability. They are considered promising for clinical application in PDT and/or DF, competing with organic PS and FP. Interaction between QD and organic PS can increase the efficiencies of both, due to the energy and/or charge transfer processes. The PS phototransformation during phototreatment may lead to loss of the PS photoactivity and formation of toxic products, that is important to study the processes of the PS phototransformation. In this work, with the support of absorption spectroscopy, steady state and time resolved fluorescence and flash-photolysis, we study interaction of meso-tetramethyl pyridyl (TMPyP) and meso-tetrakis sulfonatofenyl (TPPS4) porphyrins with CdTe QD functionalized with 3-mercaptopropionic acid (MPA) and their photolysis individual and in mutual. Experiments with TMPyP and QD demonstrate formation of a charge transfer complex between the porphyrin and the QD. We have verified that TMPyP-QD complex increases the efficiency of the porphyrin photolysis. The photolysis of the proper complex has been observed, as well. The interaction between TPPS4 and QD at pH 4.0 (biprotonated TPPS4) provokes deprotonation of the porphyrin via the proton transfer to QD. At pH 7.0 (deprotonated TPPS4) interaction of the porphyrin with the QD does not change TPPS4 spectral characteristics. Nevertheless, at both pHs QD cause increase in the TPPS4 photolysis rate, the effect being higher at pH 4.0. The observed results demonstrate the importance of the component charges both at their interaction and in photolysis efficiency, associated with their electrostatic interaction. The fluorescence intensity of the porphyrin-QD systems is enhanced during photolysis. This effect may be explained as the fluorescence quenching reduction due to decrease of the compound concentrations in the photolysis process.

Estudamos transporte quântico dependente de spin em sistemas de ponto e de poço quântico acoplados a contatos magnéticos. O primeiro passo do nosso estudo foi a dedução de fórmulas originais para a corrente e para o ruído em sistemas com tunelamento dependente de spin, através do formalismo de funções de Green de mão equilíbrio. As equações deduzidas reproduzem casos limites da literatura - em particular as fórmulas de Landauer-Buttiker. Posteriormente aplicamos essas fórmulas para estudar três sistemas distintos: (1) ponto quântico acoplado a contatos ferromagnéticos, (2) um ponto quântico acoplado a múltiplos terminais ferromagnéticos, e (3) um poço quântico acoplado a terminais de semicondutor magnético diluído (DMS). No sistema (1) consideramos os alinhamentos paralelo (P) e anti-paralelo (AP) entre as magnetizações dos terminais. Nesse sistema levamos em conta interação de Coulomb e espalhamento de spin no ponto quântico. Com as fórmulas para corrente e ruído deduzidas aqui, encontramos, por exemplo, que a interação de Coulomb, combinada com o magnetismo dos eletrodos, leva a um bloqueio de Coulomb dependente de spin. Esse efeito por sua vez leva a uma polarização da corrente que pode ser modulada (intensidade e sinal) através de uma tens~ao externa. Também encontramos que o espalhamento de spin leva a comportamentos contrastantes entre corrente e ruído. Enquanto a corrente na configuração AP aumenta com a taxa de espalhamento de spin R, o ruído nessa mesma configuração é suprimido para uma certa faixa de valores de R. Um outro efeito interessante que observamos foi a possibilidade de se suprimir o ruído térmico através de uma tensão de porta. Para o sistema (2) mostramos que é possível injetar corrente &#8593-polarizada no ponto quântico e coletar simultaneamente correntes &#8593 e &#8595 polarizadas em terminais diferentes. Além disso, a corrente ao passar do reservatório emissor para um dos reservatórios coletores tem a sua polarização intensificada. Portanto esse sistema pode operar como inversor e amplificador de polarização de corrente. Por último, analisamos os efeitos de terminais DMS e quantização de Landau (na presença de um campo magnético externo) sobre a corrente e o ruído no sistema (3). Encontramos que o efeito Zeeman gigante nos terminais DMS, gerado pela interação de troca s-d, leva a uma polarização da corrente. Em particular, para uma certa faixa de tensão o efeito Zeeman gigante resulta na completa supressão de uma dada componente de spin no transporte. Com isso é possível controlar a polarização da corrente através de uma tensão externa. Também observamos oscilações na corrente, no ruído e no fator de Fano como função do campo magnético. / We study spin dependent quantum transport in quantum dots and quantum well devices attached to magnetic leads. We first derive general formulas, including electron-electron interaction and spin flip, for both current and noise, using the no equilibrium Green function technique (Keldysh). From our equations we regain limiting cases in the literature - in particular the Landauer-Buttiker formula when we neglect electron-electron interaction. We apply these formulas to study three distinct systems: (1) a quantum dot attached to two ferromagnetic leads, (2) a quantum dot linked to many ferromagnetic leads, and (3) a quantum well coupled to dilute magnetic semiconductor (DMS) terminals. In the first system we consider both parallel (P) and anti-parallel (AP) ferromagnetic alignments of the leads. Coulomb interaction and spin flip scattering are also taken into account. With the formulas for the current and the noise derived here, we find, for instance, that the Coulomb interaction, combined with the magnetism of the electrodes, gives rise to a spin-dependent Coulomb blockade. This effect allows the control (intensity and sign) of the current polarization via the bias voltage. We also observe that spin flip scattering yields contrasting behavior between current and shot noise. While the current in the AP configuration increases with the spin flip, the shot noise becomes suppressed for a range of spin flip rates. Another interesting finding is the possibility to suppress the thermal noise via a gate voltage. For the dot coupled to three magnetic leads, we show that it is possible to inject current &#8593-polarized into the dot from the FM emitter, detect simultaneously &#8593 and &#8595 - polarized currents at distinct collectors. In addition, we find that the current has its polarization amplified when going from the emitter to one of the collectors. Therefore we have a device that operates as both as current polarization inverter and amplifier. Finally, we analyze the effects of DMS leads and Landau quantization on the current and noise of system (3). We and that the giant Zeeman effect in the DMS leads, due to the it s-d exchange interaction, gives rise to a spin polarized current, and for a particular bias voltage range, full suppression of one spin component. This gives rise to the possibility of tuning the current polarization via the bias voltage. We also observe oscillations in the current, the noise and the Fano factor as a function of the magnetic field.

OLIVEIRA, Claudio Lucas Nunes de. Excitons em Sistemas Quânticos 0-2D. 2005. 116 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:09:25Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV. / A física de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluído bastante nas últimas décadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vários modelos teóricos, mas também porque existe um grande potencial de aplicação tecnológica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que são de grande utilidade em dispositivos optoeletrônicos emitindo na região do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elétrons e buracos, em uma, duas ou em três direções, aos quais são chamados de poço (2D), fio (1D) e ponto quântico (0D), respectivamente. As propriedades óticas dos semicondutores são determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elétrons e buracos. Os excitons que é o par elétron-buraco interagindo entre si são os maiores responsáveis pela emissão (pico da fotoluminescência) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interação colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construção dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho é calcular a energia de emissão dos excitons elétron-buraco leve e elétron-buraco pesado em poços, fios cilíndricos e em pontos quânticos piramidais em função de seus parâmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poço e no fio quântico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinação do par e-hh (e-lh) estão na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.