Nesta tese são discutidos alguns aspectos importantes no desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos moleculares. São abordados temas de interesse como a síntese de novos sensibilizadores para células solares sensibilizadas por corante, o desenvolvimento de novos materiais fotoativos, Química Supramolecular, bem como a aplicação de sistemas fotovoltaicos em eletrônica molecular, especificamente no desenvolvimento de portas lógicas moleculares e dispositivos de memória. A porfirina TBPyP, contendo quatro ligantes 2,2\'-bipiridina ligados covalentemente aos carbonos meso do anel porfirínico, foi sintetizada. Este derivado porfirínico serviu como bloco de construção de sistemas supramoleculares. A utilização desses sistemas como sensibilizadores em células solares (células de Grätzel) é discutido. Fios moleculares derivados da TBPyP foram obtidos via coordenação com íons de metais de transição e são investigados quanto à possibilidade de utilização em eletrônica molecular. Novos sistemas fotovoltaicos multicamada, utilizando filmes de porfirina depositados por evaporação a vácuo como elementos fotoativos e filmes de V2O5 como eletrodo passivo, foram estudados quanto a sua eficiência e quanto ao seu mecanismo de funcionamento. Os filmes finos de porfirina obtidos neste estudo foram testados como elelementos fotoativos em células fotovoltaicas com diferentes configurações, além daquelas utilizando filmes de V2O5. A obtenção de filmes híbridos compostos de nanopartículas de ouro e ligantes orgânicos foi desenvolvida e sua aplicação em sistemas fotovoltaicos bem como em dispositivos de memória investigada. Novas portas lógicas moleculares foram obtidas utilizando-se o arranjo de células de Grätzel convencionais sensibilizadas por clusteres trigonais de rutênio sintetizados para este fim. Seu princípio de funcionamento é discutido, bem como a seu potencial de integração em circuitos lógicos. / In this thesis some aspects concerning the development of molecular photovoltaic systems are discussed. Themes of current interest such as the synthesis of new sensitizers for dye-sensitized solar cells, the development of new photoactive materials, and Supramolecular Chemistry are treated, as well as the application of photovoltaic systems in molecular electronics, specifically in the development of molecular logic gates and memory devices. The porphyrin TBPyP, comprised of four 2,2\'-bipyridine ligands covalently linked to the porphyrin meso carbons, was synthesized. This porphyrin derivative was used as a building block on supramolecular systems. The utilization of these supramolecular species in solar cells (Grätzel cells) is discussed. The coordination of the porphyrin TBPyP with transition metal ions gave rise to molecular wires, which are investigated about its potential use in molecular electronics. New multilayer photovoltaic systems, using thermo-evaporated porphyrin films as photoactive elements and V2O5 films as passive electrodes, had their efficiency and mechanism studied. The confection of hybrid films comprised of gold nanoparticles and organic ligands was developed and its application in photovoltaic systems, as well as in memory devices, was investigated. New molecular logic gates were realized using the a Grätzel cell in its conventional configuration, sensitized by ruthenium trigonal clusters synthesized to this end.

Nesta tese são discutidos alguns aspectos importantes no desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos moleculares. São abordados temas de interesse como a síntese de novos sensibilizadores para células solares sensibilizadas por corante, o desenvolvimento de novos materiais fotoativos, Química Supramolecular, bem como a aplicação de sistemas fotovoltaicos em eletrônica molecular, especificamente no desenvolvimento de portas lógicas moleculares e dispositivos de memória. A porfirina TBPyP, contendo quatro ligantes 2,2\'-bipiridina ligados covalentemente aos carbonos meso do anel porfirínico, foi sintetizada. Este derivado porfirínico serviu como bloco de construção de sistemas supramoleculares. A utilização desses sistemas como sensibilizadores em células solares (células de Grätzel) é discutido. Fios moleculares derivados da TBPyP foram obtidos via coordenação com íons de metais de transição e são investigados quanto à possibilidade de utilização em eletrônica molecular. Novos sistemas fotovoltaicos multicamada, utilizando filmes de porfirina depositados por evaporação a vácuo como elementos fotoativos e filmes de V2O5 como eletrodo passivo, foram estudados quanto a sua eficiência e quanto ao seu mecanismo de funcionamento. Os filmes finos de porfirina obtidos neste estudo foram testados como elelementos fotoativos em células fotovoltaicas com diferentes configurações, além daquelas utilizando filmes de V2O5. A obtenção de filmes híbridos compostos de nanopartículas de ouro e ligantes orgânicos foi desenvolvida e sua aplicação em sistemas fotovoltaicos bem como em dispositivos de memória investigada. Novas portas lógicas moleculares foram obtidas utilizando-se o arranjo de células de Grätzel convencionais sensibilizadas por clusteres trigonais de rutênio sintetizados para este fim. Seu princípio de funcionamento é discutido, bem como a seu potencial de integração em circuitos lógicos. / In this thesis some aspects concerning the development of molecular photovoltaic systems are discussed. Themes of current interest such as the synthesis of new sensitizers for dye-sensitized solar cells, the development of new photoactive materials, and Supramolecular Chemistry are treated, as well as the application of photovoltaic systems in molecular electronics, specifically in the development of molecular logic gates and memory devices. The porphyrin TBPyP, comprised of four 2,2\'-bipyridine ligands covalently linked to the porphyrin meso carbons, was synthesized. This porphyrin derivative was used as a building block on supramolecular systems. The utilization of these supramolecular species in solar cells (Grätzel cells) is discussed. The coordination of the porphyrin TBPyP with transition metal ions gave rise to molecular wires, which are investigated about its potential use in molecular electronics. New multilayer photovoltaic systems, using thermo-evaporated porphyrin films as photoactive elements and V2O5 films as passive electrodes, had their efficiency and mechanism studied. The confection of hybrid films comprised of gold nanoparticles and organic ligands was developed and its application in photovoltaic systems, as well as in memory devices, was investigated. New molecular logic gates were realized using the a Grätzel cell in its conventional configuration, sensitized by ruthenium trigonal clusters synthesized to this end.

We present the theory of orbital angular momentum of light (MAO), based on the basic concepts of electromagnetism, as well as some techniques from generation and characterization of light beams possessing MAO. We also present non-linear optical processes of parametric conversion spontaneous descendant (CPD) and stimulated (CPDE). We reviewed the problem of conservation of MAO in CPD in the scheme does not collinear, describing States of using Laguerre-Gauss beams MAO. We extend this study to the case in which Bessel beams are used to describe the States of MAO. Our results show that rape occurs on conservation law of MAO, which is attributed to deformation of the angular spectrum of beam pumping (pump) transferred to the twin photons. However, this violation can be advantageous because through breach of MAO have access to entangled States of dimension greater than those generated with collinear geometry. As an alternative to the note of the violation of the law of conservation in parametric down conversion process we proposed an experiment based on CPDE, where the experimental implementation is simpler. Using MAO as target and polarization qubit as qubit control, we experimentally a alternative to optical circuit proposal for Li-Ping et al. [16] for the implementation of the logic gate C-NOT. Also we present an application of logic gate C-NOT for the generation of entangled States of a single photon, which can be implemented with our optical circuit. The generation of entangled States, multidimensional, and the implementation quantum logic gates are important for the areas of information and quantum computation. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos a teoria do momento angular orbital da luz (MAO), baseada nos conceitos básicos do eletromagnetismo, bem como algumas técnicas de geração e caracterização de feixes de luz possuindo MAO. Apresentamos também os processos ópticos não lineares de conversão paramétrica descendente espontânea (CPD) e estimulada (CPDE). Revisamos o problema da conservação do MAO na CPD no regime não colinear, descrevendo os estados de MAO utilizando feixes Laguerre-Gauss. Extendemos este estudo para o caso em que feixes Bessel são usados para descrever os estados de MAO. Nossos resultados mostram que ocorre violação na lei de conservação do MAO, que é atribuída a deformação do espectro angular do feixe de bombeamento (pump) transferido para os fótons gêmeos. Entretanto, esta violação pode ser vantajosa, pois através da violação do MAO conseguimos ter acesso a estados emaranhados de dimensão maior do que aqueles gerados com geometria colinear. Como alternativa para a observação da violação da lei de conservação no processo de conversão paramétrica descendente, propusemos um experimento baseado na CPDE, onde a realização experimental é mais simples. Utilizando o MAO como qubit alvo e a polarização como qubit controle, realizamos experimentalmente um circuito ótico alternativo à proposta de Li-Ping e colaboradores [16] para a implementação da porta lógica C-NOT. Também apresentamos uma aplicação da porta lógica C-NOT para a geração de estados emaranhados de um único fóton, que pode ser implementada com nosso circuito ótico. A geração de estados emaranhados multidimensionais e a implementaçãode portas lógicas quânticas são importantes para as áreas de informação e computação quântica.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-04T13:19:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-04T13:19:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-04T13:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Neste trabalho, propõe-se a estrutura do dispositivo de portas lógicas totalmente ópticas baseada em um interferômetro Michelson (MI) composto de amplificador óptico semicondutor (SOA) formando uma estrutura de dispositivos lógicos SOA-MI com grade de Bragg de Fibra (FBG) simetricamente idêntica na saída de cada um de seus braços, para simulação numérica das portas lógicas AND, OR e NOR de dois sinais de entrada binários com diferentes números de bit usando a técnica de modulação de ganho cruzado (XGM) a 10 Gb/s de taxa de bits limita a largura de banda em 10, 20 e 40 GHz usando o software OptiSystem 15.0 da OptiWave Corporation para demonstrar e extrair regras simples de projeto para processamento óptico de alta velocidade e análise de propriedades não lineares induzidas por SOA. Além disso, este trabalho inclui o estudo do efeito da largura de banda e número de bits na potência recebida, taxa de erro mínimo (BER), fator máximo de qualidade (fator-Q), relação sinal-ruído óptico (OSNR) e espectro óptico, que demonstra portas de alta velocidade e desempenho. Executou-se as portas lógicas baseadas em SOA-MI com alguns parâmetros e os resultados podem demonstrar uma estrutura de dispositivos lógicos ópticos de alto desempenho com alta velocidade. / In this work, proposes all-optical logic gates device structure based on a Michelson interferometer (MI) composed of semiconductor optical amplifier (SOA) forming a structure of SOA-MI logic devices with symmetrically identical Fiber Bragg Grating (FBG) at the output of each of its arms, for numerical simulation of the all-optical AND, OR and NOR logic gates of two binary input signals with different bit numbers using the cross-gain modulation (XGM) technique at 10 Gb/s bit rate and filter bandwidth at 10, 20 and 40 GHz using OptiSystem 15.0 software by OptiWave Corporation, to demonstrate and extract simple design rules for high-speed optical processing and analysis of non-linear SOA-induced properties. In addition, this work includes the study of the effect of bandwidth and number of bits on received power, minimum bit error rate (BER), maximum quality factor (Q-factor), Optical Signal to Noise Ratio (OSNR) and optical spectrum, which demonstrates high-speed gates and performance. Were run the SOA-MI-based logic gates with some parameters and the results can demonstrate a structure of high-performance optical logic devices with high speed. / IFPA - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará

MENEZES, José Wally Mendonça. Análise de performance de sólitons ópticos espaço-temporais em guia planar com não-linearidade cúbico quintica periodicamente modulada e circuitos lógicos operando nos regimes Kerr instantâneo e relaxado. 2010. 149 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by francisco lima (admir@ufc.br) on 2014-06-30T18:38:52Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_jwmmenezes.pdf: 7446687 bytes, checksum: 708020e7c4ad24658a46a55f2af5ebc6 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-08-06T20:53:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_jwmmenezes.pdf: 7446687 bytes, checksum: 708020e7c4ad24658a46a55f2af5ebc6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-06T20:53:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_jwmmenezes.pdf: 7446687 bytes, checksum: 708020e7c4ad24658a46a55f2af5ebc6 (MD5) Previous issue date: 2010 / In this work, the propagation and stability of spatiotemporal optical solitons (or optical bullets) in a planar waveguide with periodically modulated cubic-quintic nonlinearity is presented numerically as a function of the amplitudes of modulation , the frequency of modulation and the propagation distance .With the objective of ensure the stability and preventing the collapse or the spreading of pulses, in this study we explore the cubic-quintic nonlinearity with the optical fields coupled by XPM (Cross-Phase Modulation) and take into account several values for the nonlinear parameter , for amplitudes and frequency of modulation as a function of the propagation distance , we cause the collisions of two pulses (envelope of the optical field) to ensure that the optical pulse are sólitons and, after numerical analysis was possible shown the existence of stable spatiotemporal optical sóliton. We also have presented the numerical analysis of the three-core nonlinear fiber coupler in a symmetrical planar structure and operating with instantaneous and relaxed Kerr model for generation of the all-optical logic gates. To implement this optical circuit, we used a control pulse CP with a phase difference between the inputs “I1” and “I2” of the fiber coupler and were analyzed the transmission characteristics, the Extinction Ratio as a function of the phase difference, the length normalized (LN), the figure-of-merit of the logic gates (FOMELG (dB) and the pulse evolution along the fiber coupler and, thus, ensure were demonstrated the possibilities for generating of the all-optical logic gates. / Neste trabalho, a propagação e estabilidade de sólitons espaço-temporais (ou sólitons balas) em um guia de onda planar com não linearidade cúbico quintica periodicamente modulada é apresentada em função da amplitude de modulação , da freqüência de modulação e da distância de propagação . Com o objetivo de garantir a estabilidade e prevenir o colapso ou o espalhamento dos pulsos, exploramos a não-linearidade cúbico quintica com os campos ópticos acoplados por XPM (Modulação de Fase Cruzada) e utilizando diversos valores para o parâmetro não-linear , para as amplitudes e freqüências de modulação em função da distância de propagação , provocamos a colisão de dois pulsos (campos ópticos) para garantir que estes sejam realmente sólitons e, após estas análises numéricas, foi possível mostrar a existência de sólitons espaço-temporais estáveis. Apresentamos, também, a análise numérica de um acoplador triplo não linear de fibras ópticas em uma estrutura planar simétrica e operando com o modelo Kerr instantâneo e relaxado para geração de portas lógicas ópticas. Para implementar estes circuitos, usamos um pulso de controle CP com uma diferença de fase entre as entradas “I1” e “I2” do acoplador e analisamos as características de transmissão, taxa de extinção em função da diferença de fase, a largura normalizada (LN), a figura de mérito para portas lógicas FOMELG(dB) e a evolução dos pulsos ao longo do acoplador e, assim, foi demonstrado as possibilidades para geração das portas lógicas ópticas.