Orientadores: Gilberto Medeiros Ribeiro, Mônica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:21:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FernandezSiles_PabloRoberto_D.pdf: 92147655 bytes, checksum: 90f1bd2777802f404d54c2932a48220c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os mecanismos de confinamento e transporte em escala nanométrica continuam a ser um desafio em Física do Estado Sólido, uma vez que tanto a dimensionalidade quanto o tamanho dos dispositivos continuam a ser reduzidos. Desta forma, o estudo e entendimento do transporte em materiais amorfos e nano-cristalinos, que apresentam acoplamento de processos de transporte eletrônico e iônico é de grande relevância atualmente. Neste sentido, aplicações tecnológicas que incluem desde o desenvolvimento de sensores (TiO2) até a fabricação de novos dispositivos de memórias com características não voláteis ¿ dispositivos memoristores ¿ podem ser citadas. Esta tese consiste no estudo de propriedades de transporte em nanoestruturas semicondutoras. Dois tipos de estruturas são investigados: i) pontos quânticos autoformados de InAs sobre substratos de GaAs, e ii) dispositivos memoristores produzidos por meio de litografia por oxidação anódica local (LAO), considerando estruturas do tipo Ti-TiO2-Ti. Técnicas de Espectroscopia de Capacitância, considerando fatores de tipo estrutural (barreira de tunelamento) e experimental (temperatura, frequência e voltagem), podem ser utilizadas para a determinação dos mecanismos de transporte, densidades de estados, concentração de impurezas etc, no caso do sistema III-V InAs/GaAs. No caso do TiO2, crescido por meio de Sputtering DC, processos de caracterização permitem apontar características ópticas, por meio de Elipsometria, características estruturais, por Microscopia de Força Atômica (AFM) e Difração de Raio-X (XRD), e a composição química, por Espectroscopia de Fotoelétrons por Raio-X (XPS) e Retro-Espalhamento Rutherford (RBS). Finalmente, a litografia por oxidação anódica local pormeio de AFM permite desenhar as estruturas do tipo metal-óxido-metal, que apresentam características elétricas de chaveamento entre estados de alta e baixa condutividade, dependentes da frequência ¿ sinais típicos do comportamento memoristivo. O estudo dos pontos quânticos permite calibrar os mecanismos de transporte por meio de Espectroscopia de Capacitância. Já os dispositivos memoristores, conformados por estruturas planares, e fabricados neste trabalho por meio de litografia por oxidação local, permitem identificar importantes características elétricas retificadoras que apresentam um comportamento elétrico não volátil. Estas características memoristivas são promissoras, pois possibilitam avançar no entendimento e fabricação de um novo tipo de dispositivos com o potencial de se tornar uma nova geração de dispositivos de memória não voláteis / Abstract: As the dimension and size of electronic devices continue to be reduced, confinement and transport mechanisms at nanometric scale remains nowadays as a great challenge in Solid State Physics. Thus, the study and understanding of transport processes in amorphous and nanocrystalline materials ¿ characterized by the coupling of electronic and ionic behavior ¿ becomes highly relevant currently. Technological applications comprise for example the development of sensors (TiO2) and the fabrication of new memory devices with non volatile characteristics ¿ memristor devices. This thesis is intended to study transport properties in semiconducting nanostructures. Two different kinds of structures are investigated: i) self-assembled InAs quantum dots grown on GaAs substrates and ii) memristor devices produced by means AFM Local Anodic Oxidation Lithography (LAO), considering planar Ti-TiO2-Ti structures. Considering structural (tunneling barrier) as well as experimental factors (temperature, frequency and gate bias), Capacitance Spectroscopy is implemented here. This technique supplies information for the determination of transport mechanisms, density os states, concentration of impurities etc, considering the III-V system (InAs/GaAs). In the case of the TiO2 thin films are prepared by means of Sputtering DC. A characterization process permits to point out optical properties, by means of Elipsometry, structural properties, by means of Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction, and chemical characteristics, by means of X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Rutherford Backscattering (RBS). Finally, an AFM Local Anodic Oxidation lithography technique permits to design metal-oxide-metal structures. These structures are characterized by frequency-dependent conductive switching states ¿ typical signature of memristive behavior. Quantum dots studies permit to perform a calibration of transport mechanisms by means of Capacitance Spectroscopy. On the other hand, the planar memristor devices fabricated in this work by means of Local Anodic Oxidation present important rectifying electrical characteristics with non volatile behavior. This memristor approach permits to put forward in the understanding and fabrication of a new family of devices with the potential to become a new generation of non volatile memory devices / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadores: Hugo Enrique Hernandez Figueroa, Gilberto Medeiros Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e da Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T03:16:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_AntonioCarlosTorrezande_M.pdf: 2536341 bytes, checksum: 2f6ebfc74e6b1e0305c7887d30758ce9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo deste trabalho é construir uma instrumentação que permita a realização de ressonância de spin eletrônico (ESR) em amostras com baixo número de spins, como, por exemplo, pontos quânticos (QDs) auto-formados de InAs. Para isto, este trabalho se propõe em usar cavidades de microfita (MRs). Apesar do seu baixo fator de qualidade, MRs apresentam um alto fator de preenchimento, parâmetro diretamente relacionado com a sensibilidade. Assim, ao analisar como cada dimensão da cavidade influencia na sensibilidade e tendo em mente os outros requisitos da ESR a serem satisfeitos, a geometria final de uma cavidade em GaAs pode ser determinada. Fora a cavidade, todas as transições presentes no sistema foram avaliadas. Por fim, diversos sistemas de detecção foram testados e comprovaram a funcionalidade do sistema montado, completando a análise de todos os elementos de um espectrômetro de ESR / Abstract: The goal of this work is to build an electron-spin resonance (ESR) spectrometer with enhanced sensitivity in order to allow the measurement of samples with a small number of spins such as InAs self-assembled quantum dots (QDs). Here, it is proposed the use of microstrip resonators (MRs) to achieve this goal. Despite of its low quality factor, MRs have a very large filling factor, which boosts the signal-to-noise ratio (SNR) of the system. This way, the final geometry of a MR built on GaAs substrate was determined after fulfilling the requirements from the sensitivity as well as from the ESR. Besides that, all the transitions present in the system were assessed. By the end, some detection systems were tested and proved the working of the system built, completing the analysis of all the elements of a spectrometer / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Gilberto Medeiros Ribeiro e Jose Antonio Brum / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T11:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alegre_ThiagoPedroMayer_D.pdf: 15787837 bytes, checksum: a41c0877b93a156734db9d614610e2f4 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta tese consistiu na proposição e implementação de um sistema para processamento de informação quântica, focando a instrumentação necessária. Os aspectos físicos da computação, como a energia associada, entropia de Shannon, entre outros conceitos básicos observados na perspectiva de física, foram revistos. Pontos quânticos semicondutores de InAs:GaAs foram eleitos como candidatos para a implementação física do sistema; em particular, focou-se no grau de liberdade de spin do elétron. Conseqüentemente, investigaram-se as propriedades de tensor-g dos elétrons aprisionados em pontos quânticos e o grau de polarização de spin, como função do campo magnético e da temperatura. Naturalmente, as propriedades eletrônicas, como o potencial de confinamento e as transições ópticas, foram caracterizadas e modeladas através da teoria de massa efetiva, assumindo-se um potencial de confinamento lateral parabólico. Dado que o grau de liberdade de spin foi eleito, construiu-se um sistema de medidas de ressonância paramagnética de spins. Optou-se por não se utilizar sistemas comerciais padrão. Em lugar disto, foi projetada uma montagem conectorizada, onde o material semicondutor se encontra dentro de umchip desenhado para concentrar o campo magnético de microonda sobre o dispositivo, campo este necessário para a realização de ressonância paramagnética. O chip consistiu basicamente de uma cavidade de microfita de meia onda. Foi construída também uma cavidade com duas entradas, permitindo o controle arbitrário da polarização aplicada à amostra. Finalmente, a leitura de estados quânticos de spin em centros paramagnéticos é demonstrada através de detecção óptica. A alta sensibilidade desse tipo de detecção permite que um único defeito seja mapeado. A seletividade, tanto do ponto de vista das transições ópticas quanto das transições de spin, é estudada e manipulada, utilizando-se da montagem experimental de cavidades ressonantes. Adicionalmente, perspectivas de experimentos sobre a integração e utilidade do sistema são apresentados / Abstract: This thesis proposes and implements a system for quantum information processing, focusing primarily on the associated instrumentation. The basic physical aspects for computation, such as the associated energy and Shannon's entropy, were revisited. InAs:GaAs quantum dots were elected as the physical system of choice for this implementation; in particular, the spin degree of freedom of the trapped electrons was utilized. Therefore, the electronic properties of the quantum dots, as well the g-tensor and the polarization degree, were investigated as a function of the temperature and magnetic field. It was possible to describe the electronic properties within the effective mass formalism, assuming a parabolic lateral confinement. Since the spin degree of freedom was elected as the basis for the quantum computation, a system for spin paramagnetic resonance was devised. The choice for not using a commercial system was made. Instead, a connectorized setup was designed, permitting the semiconductor material to be within a chip, and additionally allowing for focusing the microwave magnetic field above the device. Basically, this chip consisted of a half-wavelength microstrip cavity. A second microstrip cavity with two input ports was also designed to allow the arbitrary control of microwave polarization delivered to the sample. Finally, the quantum state read-out was demonstrated through an optical technique on Nitrogen-Vacancy complexes in diamond. The high sensitivity of the system allows for single spin detection. The selectivity for the optical and spin transitions was characterized and manipulated, using the resonant cavity experimental setup. As a perspective, experiments exploring integration issues on the system are shown / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:46Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Jackson Sen Kiat Ong1.pdf: 336586 bytes, checksum: 52b71abae661534b419bd2bda584dc4a (MD5) Jackson Sen Kiat Ong2.pdf: 1278219 bytes, checksum: ec194da3074f4dd751b05ea76d3b09f6 (MD5) Jackson Sen Kiat Ong4.pdf: 1869905 bytes, checksum: e24bb294662a8c0696b7e5fda65c5f7c (MD5) Previous issue date: 2008-01-29 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Photonic Crystal Fibers (PCFs) have led to renewed attention to the fiber optics field due to the several unique properties resulting from their microstructured profile. In particular, this profile enables one to insert liquids and polymers into the fiber so that they efficiently interact with light, which can be used for chemical and biological sensing, nonlinear optics, and the development of active photonic devices. Several applications require selectively inserting the sample into the core of a hollow-core PCF, leaving cladding holes unfilled. This dissertation presents two contributions toward the development of core-filled PCFs. Loss mechanisms in liquid-core PCFs are studied and fluorescence from a quantum-dot-doped polymer-core PCF is demonstrated. Loss studies were motivated by the evaluation of the transmission of light at 633 nm in 5-7 cm long water-core PCF samples the tips of which are cleaved at left in air. It was generally found that transmission was less than 5%, while water attenuation alone would lead to ~98% transmission. Liquid evaporation was found to be an important additional loss mechanism and its rate was determined both through microscopy and optical coherence tomography (OCT) in capillary fibers and PCFs filled with deionized water, ethanol and toluene. Although the evaporation rate in ethanol was found to be higher, for all samples a few hundreds of micrometers at the fiber tips are emptied over minutes. A method to prevent evaporation consisting of sealing the fiber tips with a clear UV curable polymer (NOA 73) was successfully tested. Filling a PCF with active elements can lead to optical amplification and laser action. Researchers at NTT recently observed fluorescence at 609nm from CdSe quantum dots in the core of a 1m long PCF. In this dissertation, the fluorescence emission is described from ~2.2 nm PbS quantum dots was observed with a specified emission peak of 890 nm. The quantum dots were suspended in NOA73 and inserted in the core of 7-9 cm long PCFs of with a hollow core diameter of 10.9 5m. The fiber was pumped by a 2.5 mW He-Ne laser or a 679 nm, 390 mW diode laser and its emission was characterized. A maximum fluorescence power of 2.2 5W and a maximum efficiency of 0.03% were achieved. Varying the quantum dot concentration revealed that lower concentrations lead to higher efficiencies. / Fibras de cristal fotônico (PCFs) têm levado a uma atenção renovada ao campo das fibras ópticas devido às diversas propriedades exclusivas resultantes do seu perfil microestruturado. Em particular, este perfil permite a introdução de líquidos e polímeros na fibra de modo que estes interajam eficientemente com a luz, levando a aplicações em sensoriamento químico e biológico, óptica não-linear, e o desenvolvimento de dispositivos fotônicos ativos. Diversas aplicações requerem a inserção seletiva da amostra no núcleo de uma PCF de núcleo oco, deixando buracos da casca sem preenchimento. Esta dissertação apresenta duas contribuições para o desenvolvimento de PCFs de núcleo preenchido. Os mecanismos de perda em PCFs de núcleo líquido são estudados e a fluorescência de uma PCF de núcleo polimérico dopado com pontos quânticos é demonstrada. Os estudos da perda foram motivados pela análise da transmissão da luz em 633 nm em amostras de 5-7 cm de PCF de núcleo de água cujas pontas eram clivadas e deixadas no ar. Geralmente a transmissão encontrada era menor do que 5%, enquanto que a atenuação da água poderia levar a ~98% de transmissão. Verificou-se que a evaporação do líquido era um mecanismo de perda importante e sua taxa foi determinada através de microscopia e de tomografia por coerência óptica (OCT) em fibras capilares e PCFs preenchidas com água deionizada, etanol e o tolueno. Embora a taxa da evaporação no etanol seja maior, para todas as amostras algumas centenas de micrômetros nas pontas da fibra são esvaziadas em minutos. Um método para impedir a evaporação que consiste em selar as pontas da fibra com um polímero curável por UV (NOA 73) foi testado com sucesso. O preenchimento de uma PCF com elementos ativos pode conduzir a amplificação óptica e ação laser. Pesquisadores da NTT observaram recentemente fluorescência em 609 nm em pontos quânticos de CdSe no núcleo de uma PCF de 1 m de comprimento. Nesta dissertação, a emissão de fluorescência é observada com pontos quânticos de PbS de ~2,2 nm e pico de emissão nominal em 890 nm. Os pontos quânticos foram suspensos em NOA73 e introduzidos no núcleo de PCFs de 7-9 cm de comprimento e núcleo oco de 10,9 5m de diâmetro. A fibra foi bombeada por um laser de He-Ne de 2,5 mW ou um laser de diodo de 679 nm e 390 mW e sua emissão foi caracterizada. Uma fluorescência com potência máxima de 2,2 5W e eficiência máxima de 0,03% foi obtida. Variando a concentração de pontos quânticos observou-se que baixas concentrações levam a eficiências mais elevadas.

Orientador: Eliermes Arraes Meneses / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gazoto_AndreLuis_M.pdf: 15242675 bytes, checksum: ac4c94e41838cf002e9c0e1f968e4b63 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho realizamos um estudo sobre a influência da espessura nominal do poço quântico de InP nas propriedades ótica e estrutural de pontos quânticos de InP crescidos sobre InGaP. Foram utilizadas técnicas de espectroscopia ótica como fotoluminescência (PL), microfotoluminescência (?-PL) e fotoluminescência de excitação (PLE), assim como técnicas de caracterização estrutural Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) e Atomic Force Microscopy (AFM). As questões envolvidas na evolução de um crescimento bidimensional para um tridimensional são investigadas em amostras crescidas pela técnica de Chemical Beam Epitaxy (CBE), utilizando-se o método Stranski-Krastanov de crescimento. Os resultados dessa investigação mostraram que as propriedades ótica e estrutural são fortemente correlacionadas e dependentes da espessura nominal do poço quântico de InP. Por AFM foi possível observar a formação de pontos quânticos a partir da rugosidade superficial do InP. Com o incremento na espessura nominal do poço quântico de InP o sistema evolui para uma configuração bimodal de ilhas pseudomórficas e com forma de tronco de pirâmide, formando assim duas famílias. A transição entre estas famílias se dá com o facetamento das ilhas pseudomórficas a partir de um volume crítico VC de cada ilha. O ponto em que essa transição ocorre pode ser determinado com o aparecimento de estruturas tipo chevron no padrão de difração do RHEED. Ficou claro que a transição de um crescimento bi para tridimensional não é abrupta, mas sim contínua. Foi encontrado também, um comportamento autolimitante para o raio desses pontos quânticos. A rica evolução do crescimento epitaxial de pontos quânticos de InP, observada pelas técnicas estruturais, pôde ser acompanhada também pelas técnicas óticas. A correlação dos dados estrutural e ótico confirmou uma evolução contínua de um crescimento 2D para um 3D com a coexistência destes dois modos de crescimento durante um certo intervalo de espessura do poço quântico de InP. Mostramos assim, que uma transição de fase de primeira ordem, comumente utilizada para descrever a transição entre os crescimentos bi e tridimensional, não descreve corretamente o crescimento epitaxial de pontos quânticos de InP/InGaP pelo método Stranski-Krastanov / Abstract: In this work we study the influence of the thickness of InP quantum well on the optical and structural properties of the InP quantum dots that were grown on the InGaP barrier. For this study we have used optical spectroscopy techniques such as Photoluminescence (PL), Micro-Photoluminescence (?-PL), Excitation Photoluminescence (PLE); as well as structural characterization techniques such as Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) and Atomic Force Microscopy (AFM). The evolution of the bi-dimensional to tri-dimensional growth was investigated in the InP/InGaP samples grown by Stranski-Krastanov method in a Chemical Beam Epitaxy Reactor (CBE). The results show that the optical and structural properties are strongly correlated and depend of the InP thickness. Through the AFM technique was possible to observe the formation of quantum dots from the surface rougeness of the InP layer. By increasing the nominal thickness of the InP quantum well, the system evolves to a bimodal configuration, one of pseudomorfic islands, and other, of truncated pyramidal shapes, thus creating two structure families. The transition between these two families occurs with the facing of these pseudomorfic islands after a Vc critical volume is reached. The point where the transition occurs can be determined by the appearance of structures chevron like in the RHEED diffraction pattern. It became clear that the transition from the bi-dimensional to tri-dimensional growth is not abrupt, but continuous. The rich evolution of the epitaxial growth of the InP quantum dots, observed through the structural techniques, was also able to be followed through the optical techniques. The correlation between the structural and optical data confirmed a continuous evolution of the growth process of the quantum dots, with the coexistence of the two modes of growth, during a certain thickness interval of the InP. We thus demonstrate that a first order phase transition, used commonly to describe the transition between the bi and tri-dimensional growths, does not describe correctly the growth of the InP/InGaP quantum dots by Stranki-Krastanov method / Mestrado / Física / Mestre em Física

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The scientific advances we have experienced in recent decades have enabled us to produce systems in the mesoscopic scale. These systems have become very useful as research tools in various areas of science. In mesoscopic physics the ondulatory characteristic of electrons is more evident than in classical physics and the electron conduction process is better represented by the wave function that describes it. Examples of application of mesoscopic systems are quantum dots which are open cavities where electrons are limited to flow through. Thus, the objective of this work is to study the effects of decoherence in the transport of electrons in two systems: i) quantum dot with a fictitious guide and ii) quantum dot with stub, where we take into account ondulatory properties of electrons. The formalism that we use is the scattering matrix, which relates the incoming and outgoing amplitudes in the scattering of waves coming in and out of the scattering region. Since the studied systems are chaotic, the scattering matrices can be treated as random. These matrices were generated by computational simulation and then the conductance values were computed. The conductance distribution was obtained by means of probabilistic analysis. / Os avanços científicos que temos experimentado nas últimas décadas proporcionaram a construção de sistemas em escala mesoscópica. Esses sistemas tornaram-se muito úteis como ferramentas de investigação em diversas áreas da ciência. Na física mesoscópica a característica ondulatória dos elétrons é mais evidente do que na física clássica e o processo de condução dos elétrons é melhor representado pela função de onda que os descreve. Exemplos da aplicação de sistemas mesoscópicos são os pontos quânticos que são cavidades abertas por onde os elétrons são limitados a fluirem. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é estudar os efeitos da decoerência no transporte de elétrons em dois sistemas: i) ponto quântico com guia fictício e ii) ponto quântico com estube, onde levamos em consideração as propriedades ondulatórias dos elétrons. O formalismo que utilizamos é o da matriz de espalhamento, a qual relaciona as amplitudes das ondas que entram e saem da região de espalhamento. Como os sistemas estudados são caóticos, as matrizes de espalhamento podem ser tratadas como aleatórias. Geramos estas matrizes por meio de simulação computacional e delas extraímos a condutância do sistema. A distribuição da condutância foi obtida por meio de uma análise probabilística.

In this thesis, we investigate the electronic structure and transport properties of topologically trivial and non-trivial cylindrical quantum dots (QDs) defined by further confining InAs1-xBix/AlSb quantum wells (QWs). First we predict that common III-V InAs0.85Bi0.15/AlSb QWs can become 2D topological insulators (TIs) for well thicknesses dc > 6.9 nm with a topologically non-trivial gap of about 30 meV (> kBT), which can enable room temperature TI applications. Furthermore, we investigate the cylindrical QDs defined from these Bi-based wells by additional confinement, both in the topologically trivial (d < dc) and non-trivial (d > dc) regimes. Surprisingly, we find that topologically trivial and non-trivial QDs have similar transport properties in stark contrast with their 2D counterparts (i.e., a strip). More specifically, through detailed calculations, which involve an analytical solution of the quantum-dot eigenvalue problem, we demonstrate that both trivial and non-trivial cylindrical QDs possess edge-like states, i.e., helical spin-angular-momentum-locked quantum states protected against non-magnetic elastic scattering. Interestingly, our trivial QDs exhibit these geometrically robust helical states, similarly to topologically non-trivial QDs, over a wide range of system parameters (e.g., dot radius). We also calculate the circulating currents for the topologically trivial and non-trivial QDs and find no substantial differences. However, we note that ordinary III-V or II-VI cylindrical QDs (i.e., QDs not formed from a BHZ model + confinement) do not feature robust edge-like helical states. We further consider topologically trivial and non-trivial QDs with four edge-like states and calculate their two-terminal conductance G via a standard Green-function approach. For both trivial and non-trivial QDs we find that G shows a double-peak resonance at 2e2/h as a function of the dot radius R and gate voltage Vg controlling the dot energy levels. On the other hand, both trivial and non-trivial QDs can have edge-like and bulk state Kramers pairs coexisting at the same energy within the bulk part of their discrete spectra. In this case, G displays a single-peak resonance at 2e2/h as the four levels (two edge states and two bulk states now) become degenerate at some particular parameter values R = Rc and Vg = Vgc for both topologically trivial and non-trivial QDs. We also extend our investigation to HgTe-based QDs and find similar results. / Nesta tese investigamos a estrutura eletrônica e as propriedades de transporte de pontos quânticos cilíndricos topologicamente triviais e não-triviais, definidos por confinamento de poços quânticos (QWs) InAs1-xBix/AlSb. Primeiramente, nós prevemos que os QWs usuais baseados em InAs1-xBix/AlSb podem se tornar isolantes topológicos 2D para largura de poço dc > 6.9 nm, com um gap topologicamente não-trivial de aproximadamente 30 meV (> kBT), o que pode permitir aplicações em temperatura ambiente. Além disso, investigamos pontos quânticos cilíndricos definidos a partir de confinamento desses poços contendo Bi, em ambos os regimes trivial (d < dc) e não-trivial (d > dc). Surpreendentemente, descobrimos que os pontos quânticos topologicamente triviais e não triviais têm propriedades de transporte semelhantes, um resultado em grande contraste com as suas versões semiinfinitas, como por exemplo uma fita. Mais especificamente, através de cálculos detalhados, que envolvem uma solução analítica do problema de autovalores dos pontos quânticos, demonstramos que pontos quânticos cilíndricos triviais e não-triviais possuem estados de borda semelhantes, isto é, estados quânticos helicoidais protegidos contra espalhamento elástico não magnético. Curiosamente, nossos pontos quânticos triviais exibem estados helicoidais geometricamente robustos, similarmente aos pontos quânticos topologicamente não-triviais, em uma ampla faixa de parâmetros do sistema, como por exemplo, o raio do ponto quântico. Nós também calculamos as correntes circulantes para os pontos quânticos topologicamente triviais e não-triviais e não encontramos diferenças substanciais entre elas. No entanto, notamos que os pontos quânticos cilíndricos feitos de materiais ordinários III-V ou II-VI (isto é, pontos quânticos não descritos pelo Hamiltoniano BHZ com confinamento) não apresentam estados helicoidais robustos. Consideramos ainda pontos quânticos triviais e não-triviais com quatro estados de borda e calculamos sua condutância entre dois terminais G através de uma abordagem padrão das funções de Green. Para os pontos quânticos triviais e não-triviais, encontramos que G mostra uma ressonância de pico duplo em 2e2/h como função do raio do ponto quantico R e da tensão Vg que controla os níveis de energia do ponto quântico. Por outro lado, tanto os pontos quânticos triviais como os não-triviais podem ter pares de Kramers localizados na borda (edge) e em todo seu volume (bulk) coexistindo em uma mesma janela de energia na região dos estados de valência. Nesse caso, G exibe uma ressonância de pico único em 2e2/h, já que os quatro níveis (dois estados de borda e dois estados de volume bulk) se tornam degenerados para alguns valores de parâmetros particulares R = Rc and Vg = Vgc, em pontos quânticos topologicamente triviais e não triviais. Nós também estendemos nossa investigação para os pontos quanticos de HgTe onde encontramos resultados similares.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work we have employed the Melting-Nucleation method in order to synthesize semiconductor and semimagnetic quantum dots (QDs), CdSe, CdSxSe1-x, CdS e Cd1-xMnxS, in a glass matrix. We have investigated these QDs by using several experimental techniques and theoretical models, reaching a comprehensive understanding of their fundamental properties. The lattice contraction in CdSe QDs was confirmed by Raman spectroscopy, evidencing that the glass matrix (host material) plays an important role on the vibrational modes of nanocrystals (NCs). Advancement in the synthesis of pseudo-bynary CdSxSe1-x QDs was achieved by obtaining a good control on the alloy composition in two variants of precursor dopings, while the QD size is tuned by annealing. Resonant Raman spectra of these CdSxSe1-x QDs were very well described by the continuum lattice dynamics model, suggesting the propagation of optical phonons within the NC. By studying CdS QDs by temperaturedependent Raman spectroscopy, we have demonstrated that there is a large difference between the thermal expansion coefficients of QD e of bulk material. The same conclusions were obtained for the modal Grüneisen parameters and for the anharmonicity coupling constants, so that they have to be estimated independently of bulk parameters in the study of thermal properties of QDs. We have employed the Electron Paramagnetic Resonance in order to confirm that the migration of Mn2+ ions in Cd1-xMnxS NCs, from the core to the surface, can be controlled by a thermal annealing. We have proved yet that the luminescence emitted by Cd1-xMnxS NCs can be controlled by changing the x concentration and by the thermal annealing, in which the emission of Mn2+ ions (4T1 6A1) is only observed when this magnetic impurity is substitutionally into the core of Cd1-xMnxS NC. From temperature-dependent photoluminescence measurements, we have come up with a model based on rate equations that describes well the energy transfers involving two coupled groups of Cd1-xMnxS NPs. Further emissions from deep defect levels were attributed to two energetically different divacancies, VCd VS, in the wurtzite structure of Cd1-xMnxS NPs, which can be controlled by the magnetic doping. By studying the magneto-optical properties of Cd1-xMnxS NPs, we have demonstrated that the self-purification is the dominant mechanism controlling the doping process in semiconductor QDs grown by the melting-nucleation method. We have demonstrated that the multiphonon Raman scattering in the coupled Cd1-xMnxS NPs, as well as the coupling strength between electrons and optical phonons, can satisfactorily be tuned by the magnetic doping with Mn2+ ions and by an appropriate thermal annealing. Furthermore, we have verified that the magnetic doping have induced variations on the sp-d exchange interaction and in the crystalline quality of NPs. / Neste trabalho nós utilizamos o método de Fusão-Nucleação para sintetizar pontos quânticos (PQs) semicondutores e semimagnéticos, CdSe, CdSxSe1-x, CdS e Cd1-xMnxS, em uma matriz vítrea. Nós investigamos estes PQs utilizando várias técnicas experimentais e modelos teóricos, obtendo um entendimento compreensivo das suas propriedades fundamentais. A contração da rede cristalina nos PQs de CdSe foi confirmada pela espectroscopia Raman, evidenciando que a matriz vítrea (material hospedeiro) desempenha um papel importante sobre os modos vibracionais dos nanocristais (NCs). Um avanço na síntese de PQs pseudo-binários de CdSxSe1-x foi alcançado, obtendo um bom controle sobre a composição da liga em duas variações de dopantes precursores, enquanto o tamanho do PQ é controlado pelo recozimento. Os espectros Raman ressonantes destes PQs de CdSxSe1-x foram muito bem descritos pelo modelo da dinâmica de rede contínua, sugerindo a propagação de fônons ópticos dentro do NC. Ao estudar PQs de CdS por espectroscopia Raman dependente da temperatura, nós demonstramos que existe uma grande diferença entre os coeficientes de expansão térmica do PQ e do material bulk. As mesmas conclusões foram obtidas para os parâmetros de Grüneisen modais e para as constantes de acoplamento da anarmonicidade, de maneira que eles devem ser estimados independentemente dos parâmetros do bulk no estudo das propriedades térmicas dos PQs. Nós utilizamos a Ressonância Paramagnética Eletrônica para confirmar que a migração de íons Mn2+ em NCs de Cd1-xMnxS, do núcleo para a superfície, pode ser controlada por um recozimento térmico. Comprovamos ainda que a luminescência emitida pelos NCs de Cd1-xMnxS pode ser controlada pela modificação da concentração x e pelo recozimento térmico, em que a emissão dos íons Mn2+ (4T1 6A1) é somente observada quando esta impureza magnética está substitucionalmente incorporada no núcleo do NC de Cd1-xMnxS. A partir de medidas de fotoluminescência dependente da temperatura, nós desenvolvemos um modelo baseado em equações de taxa que descreve bem as transferências de energia envolvendo dois grupos acoplados de nanopartículas (NPs) de Cd1-xMnxS. Emissões adicionais a partir de níveis de defeitos profundos que foram atribuídos duas divacâncias energeticamente diferentes, VCd VS, na estrutura wurtzita das NPs de Cd1-xMnxS, que podem ser controladas pela dopagem magnética. Ao estudar as propriedades magneto-ópticas das NPs de Cd1-xMnxS, nós demonstramos que a autopurificação é o mecanismo dominante controlando o processo de dopagem em PQs semicondutores crescidos pelo método de fusão-nucleação. Nós demonstramos que o espalhamento Raman multi-fônon nas NPs de Cd1-xMnxS acopladas, bem como a força do acoplamento entre elétrons e fônons ópticos, podem ser adequadamente sintonizados pela dopagem magnética com íons Mn2+ e por um recozimento térmico apropriado. Além disso, verificamos que a dopagem magnética induziu variações na interação de troca sp-d e na qualidade cristalina das NPs. / Doutor em Física

Submitted by Murilo Oliveira (murilo.oliveira@df.ufscar.br) on 2018-05-28T14:03:10Z No. of bitstreams: 1 MuriloOliveira_dissertacao.pdf: 3213764 bytes, checksum: eaf61f839f12dceed4b235ef7970e674 (MD5) / Rejected by Ronildo Prado (ri.bco@ufscar.br), reason: Oi Murilo, Faltou enviar a Carta comprovante assinada pelo orientador. Solicite o modelo em sua Secretaria de Pós-graduação, preencha e colete a assinatura com o orientador e acesse novamente o sistema para fazer o Upload. Fico no aguardo para finalizarmos o processo. Abraços Ronildo on 2018-06-04T17:58:14Z (GMT) / Submitted by Murilo Oliveira (murilo.oliveira@df.ufscar.br) on 2018-06-04T18:39:43Z No. of bitstreams: 2 MuriloOliveira_dissertacao.pdf: 3213764 bytes, checksum: eaf61f839f12dceed4b235ef7970e674 (MD5) IMG_20180604_0001.pdf: 522878 bytes, checksum: b7fa478fbcdf1b45955f8a02f8403af0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ri.bco@ufscar.br) on 2018-06-06T17:29:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 MuriloOliveira_dissertacao.pdf: 3213764 bytes, checksum: eaf61f839f12dceed4b235ef7970e674 (MD5) IMG_20180604_0001.pdf: 522878 bytes, checksum: b7fa478fbcdf1b45955f8a02f8403af0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ri.bco@ufscar.br) on 2018-06-06T17:32:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 MuriloOliveira_dissertacao.pdf: 3213764 bytes, checksum: eaf61f839f12dceed4b235ef7970e674 (MD5) IMG_20180604_0001.pdf: 522878 bytes, checksum: b7fa478fbcdf1b45955f8a02f8403af0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T17:32:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 MuriloOliveira_dissertacao.pdf: 3213764 bytes, checksum: eaf61f839f12dceed4b235ef7970e674 (MD5) IMG_20180604_0001.pdf: 522878 bytes, checksum: b7fa478fbcdf1b45955f8a02f8403af0 (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The aim of this work is to study the electromagnetically induced transparency (EIT) and the coherent population trapping (CPT) phenomena in three-level systems, such as atoms and quantum dot molecules (QDM). The present work can be basically divided into two parts. The first one focus on comparing and explaining the differences between the optical reponses of systems composed by atoms and QDM and on proposing a possible application in cavity linewidth narrowing. In the second part, we turn our attention to the study of controlable optical bistability in three-level systems in the regime of CPT, bringing new perspectives to the study of these bistable systems and some practical applications as well. / O presente trabalho de mestrado tem como objetivo estudar o fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida (EIT) e do aprisionamento coerente de populações (CPT) em sistemas de três níveis, como átomos e moléculas de ponto quântico (QDM). Essa dissertação pode ser dividida basicamente em duas partes. A primeira se encarrega de comparar e explicar a origem das diferenças observadas na resposta óptica de sistemas compostos por átomos e sistemas compostos por QDM, bem como propor uma possível aplicação para o sistema de QDM no estreitamento da largura de linha de cavidades. Já a segunda parte consiste de um estudo da biestabilidade óptica controlável em sistemas de 3 de níveis no regime de CPT, trazendo novas perspectivas de estudo desses sistemas biestáveis e aplicações como sensores de pequenas flutuações de frequência ou de amplitudes de campos eletromagnéticos. / CNPq: 131392/2016-6

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-01T17:03:36Z No. of bitstreams: 1 arqivototal.pdf: 5257107 bytes, checksum: a3f902aafc4de8ccb68742fb34fb37df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-01T17:03:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arqivototal.pdf: 5257107 bytes, checksum: a3f902aafc4de8ccb68742fb34fb37df (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work, a novel fluorescence method using flow-batch analysis for the determination of copper in edible oil, employing carbon quantum dots (CDs) was developed. The in-line single-phase extraction of iron consisted of the addition of a mixture of isopropyl alcohol/chloroform (70:30, v/v) to dissolve the oil samples. Moreover, an eco-friendly, simple, and low-cost hydrothermal method was developed for preparation of water-soluble fluorescent carbon quantum dots using pineapple juice as carbon precursors. The fluorescence properties of CDs were examined by fluorescent detection of Cu(II) in oil. Their photoluminescence can be significantly quenched by simply using the buffer solution PBS of pH 4.0. This mechanism was presumably explained by the interactions between the surface groups of CDs with metal ions studied. Concerning the flow-batch analysis a new mixing chamber was developed in polytetrafluoroethylene provided with quartz windows in order to allow the excitation and fluorescence detection online. For this, an LED UV was used as the excitation source and a portable spectrofluorometer as detector. The limits of detection and relative standard deviation were estimated as 2.9 μg L−1 and < 2.5 % (n=3). The analysis of interfering was successful for the major ions present in solution, revealing significant percentage interference (≤ 5 %).The precision of the method was evaluated by recovery test (96 to 106 %). The robustness of the method was evaluated by intra- and inter- day comparison of the results obtained and using the reference method with detection by atomic absorption graphite furnace at a 95% level of statistical confidence. Finally, the system showed quite satisfactory analytical frequency (60 h–1) and considerably reducing the consumption of chemicals. Thus, it is demonstrated appreciably the viability of new fluorescent method, thus allowing the development of new analytical strategies employing potentially useful carbon quantum dots and flow-batch analyzer. / Neste trabalho foi desenvolvido um novo método automático em fluxo-batelada baseado em pontos quânticos de carbono (PQCs) para determinação fluorescente de cobre(II) em óleos comestíveis. O método analítico proposto apresenta como estratégia de pré-tratamento da amostra a disponibilização on-line do cobre por meio de extração em fase única utilizando uma mistura de solventes álcool isopropílico/clorofórmio na proporção 70:30 (v/v). Para a preparação dos PQCs, foi empregado o tratamento hidrotérmico, simples e de baixo custo, do suco de abacaxi, como bioprecursor. Foi constatado que a fluorescência dos PQCs pode ser significativamente reduzida na presença do Cu(II) simplesmente utilizando um tampão PBS pH 4,0. O mecanismo de extinção da fluorescência pode ser atribuído as interações entre os grupos presentes na superfície dos PQCs com os íons Cu(II). Concernente ao sistema automático fluxo-batelada uma nova câmara de mistura foi construída em politetrafluoretileno, provida de três janelas de quartzo, com o objetivo de permitir a excitação e aquisição dos espectros de fluorescência on-line. Para isso, foi utilizado um LED-ultravioleta como fonte de excitação e um espectrofluorímetro portátil como detector. Os limites de detecção e os desvios padrão relativo foram estimados como sendo 2,9 μg L–1 e < 2,5 % (n = 3), respectivamente. A análise de íons interferentes foi realizada com êxito para os principais íons metálicos presentes na matriz da amostra, não revelando interferência percentual significativa (≤ 5 %). A exatidão do método foi avaliada através do teste de recuperação (96 a 106 %). A robustez do método foi avaliada por comparação intra e inter-dia dos resultados obtidos e empregando o método de referência com detecção por absorção atômica em forno de grafite, a um nível de 95% de confiança estatística. Por fim, o sistema apresentou frequência analítica bastante satisfatória (60 h–1) com uma redução considerável do consumo de produtos químicos. Desta forma, é evidenciado de modo apreciável a viabilidade do novo método fluorescente, permitindo, dessa maneira, o desenvolvimento de novas estratégias analíticas potencialmente úteis baseadas em nanopartículas de carbono e automação em sistemas fluxo-batelada.