Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-09T11:42:53Z No. of bitstreams: 1 alyssonmirandadefreitas.pdf: 61947422 bytes, checksum: fabd334a3f9ff790ff3a3b4c6d2016d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T19:59:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alyssonmirandadefreitas.pdf: 61947422 bytes, checksum: fabd334a3f9ff790ff3a3b4c6d2016d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T19:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alyssonmirandadefreitas.pdf: 61947422 bytes, checksum: fabd334a3f9ff790ff3a3b4c6d2016d5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, propomos uma nova matriz vítrea, denominada de PZABP, de composição nominal 60P205 . 15ZnO . 5A/203 . 10Ba0 . 10Pb0, em mol %, nanoestruturada com nanocristais de ZnTe e dopada com íons de Yb3+ e avaliamos a viabilidade de utilização deste material para aplicações em dispositivos fotônicos, tais como, lasers de alta potência, fibras ópticas lasers, lasers de pulsos ultra-curtos e lasers sintonizáveis na região do infravermelho. As amostras foram produzidas através do método de fusão-resfriamento, sendo confeccionado dois conjuntos. Um deles, PZABP + xYb, foi dopado apenas com íons de Yb3+ em concentrações que variam de 0% a 10%, em wt%, com acréscimos de 1%. Outro conjunto, PZABP + 1ZnTe + xYb, foi dopado com 1% de nanocristais semicondutores de ZnTe e íons de Yb3+ em concentrações que variam de 0% a 5%, em wt%. As propriedades ópticas das amostras e as interações entre os íons de Yb3+ vizinhos e entre os nanocristais de ZnTe e os íons Yb3+ foram estudadas através das técnicas de Absorção Óptica, Fotoluminescência e Fotoluminescência Resolvida no Tempo. A Espectroscopia de Lente Térmica e a técnica de Capacidade Térmica Volumétrica, também conhecida como pc, foram utilizadas para caracterizar as propriedades térmicas das amostras. Alguns dos principais parâmetros que analisam o desempenho e o limiar de ação laser do material foram estimados a partir da determinação das seções de choque de absorção e emissão dos íons de Yb3+ quando inseridos nessa matriz. De forma geral, a matriz vítrea PZABP demonstrou-se um excelente material hospedeiro para os íons de Yb3+ por apresentar uma ampla janela óptica, ser tolerante a altas concentrações de dopantes e não formar aglomerados de íons de Yb3+, garantindo assim uma boa qualidade óptica para aplicações em fotônica. Parâmetros importantes como o tempo de vida e a eficiência quântica do material apresentaram valores comparáveis aos encontrados na literatura. Foi verificado que a presença dos nanocristais de ZnTe intensificou a emissão dos íons de Yb3+, indicando que houve transferência de energia entre os nanocristais e os íons. Com relação a análise térmica, foram encontrados valores desejáveis para aplicações que envolvem ambientes superaquecidos. A alta difusividade e condutividade térmica das amostras as permitem dissipar calor rapidamente e a baixa variação do caminho óptico com a temperatura (ds/dT) indica que o feixe não sofre desvios muito acentuados no interior da cavidade óptica. Os parâmetros de emissão laser encontrados estão comparáveis aos de outras matrizes vítreas já estudadas, embora a presença dos nanocristais de ZnTe pareça prejudicar esses parâmetros. Portanto, de acordo com os resultados encontrados e com base nas possíveis melhoras que podem ser realizadas, concluímos que a matriz vítrea PZABP nanoestruturada com nanocristais semicondutores de ZnTe e dopada com íons de Yb3+ é um material viável para aplicações em dispositivos fotônicos de alta potência. / In this work, we have proposed a new glass matrix, called PZABP, with nominal composition 60P205 . 15ZnO . 5A/203 . 10Ba0 . 10Pb0, in mol %, nanostructured with ZnTe semiconductor nanocrystals and doped with Yb3+ ions, then, we analized its availability to photonics devices application like high power lasers, optical fiber lasers, ultra-short pulses lasers and tunable lasers in the infrared region. The samples were produced by fusion method, being made two sets. One, PZABP + xYb, was doped with Yb3+ ions at various concentrations from 0% to 10%, in wt%.The other one, PZABP + 1ZnTe + xYb, was doped with semiconductors nanocrystals of ZnTe and Yb3+ ions at concentrations from 0% to 5%, in wt%. The optical properties of the samples and the interactions between neighbors Yb3+ ions and between semiconductors nanocrystals of ZnTe and Yb3+ ions were studied by Optical Absorption, Photoluminescence and Time Resolved Photoluminescence techniques. Thermal Lens Spectroscopy and Heat Volumetric Capacity, also know as pc, were used to characterize the thermal properties of the samples. The main parameters that avail the performance laser and the threshold action laser were estimated by the determination of absorption and emission cross section of the Yb3+ ions when they are inserted in this matrix. The PZABP glass matrix showed to be an excellent host material to Yb3+ ions because it present a large optical window, it is tolerant to high dopants concentration and not showed Yb3+ clusters. Important parameters like lifetime and quantum efficience showed values comparable to others found in the literature. It was verified that the presence of ZnTe nanocrystals had enhanced the emission of the Yb3+ ions, indicating that have occurred energy transfer between ZnTe nanocrystals and Yb3+ ions. Thermal properties have presented interesting values to applications that involved superheated environment. The high thermal diffusivity and high thermal conductivity allow the sample to dissipate the heat quickly. The low variation of the optical path with the temperature (ds/dT) indicate that the laser beam not strongly deviates into the optical cavity. The laser performance parameters obtained are comparable to the other glass matrix found in the literature, although the presence of the ZnTe nanocrystals seems to prejudice these parameters. According with the results found and the improvement that could be done, we have conclude that the glass matrix PZABP nanostructured with semiconductores nanocrystals of ZnTe and doped with Yb3+ ions is a viable material to application in high power photonics devices materials.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work, Zn1-xAxTe (A = Mn, Co) diluted magnetic semiconductors (DMS) nanocrystal (NCs) were successfully grown in the P2O5 ZnO Al2O3 BaO PbO glass system synthesized by the method of Fusion-Nucleation, after subjecting to appropriate thermal annealing. Various experimental techniques were used in this study in order to get a comprehensive understanding of the optical, morphological, structural and magnetic properties these NCs. Transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM) images revealed the size of both of Zn1-xMnxTe and Zn1-xCoxTe NCs. From the vibrating sample magnetometer (VSM) technique, there was growth behavior of magnetization and magnetic susceptibility as a function of the Mn concentration in the samples containing Zn1-xMnxTe NCs. At lower Mn concentrations, the sp electrons of ZnTe host semiconductor interact with the d electrons of Mn2+ ions, resulting in the sp-d exchange interaction, which causes a small increase in susceptibility. At higher Mn concentrations, the d-d exchange interaction between Mn atoms dominates over the sp-d exchange interaction, resulting in an abrupt increase in susceptibility. The EPR spectra, in addition to prove the results exhibited the well-known sextet hyperfine lines of Mn2+ ions, since samples with low Mn concentrations revealed the presence of Mn2+ ions within and near the surface of the ZnTe NCs. From the optical absorption spectra (OA) and photoluminescence (PL), analyzed on the basis of crystal field theory (CFT) as well as of the diffraction X-ray (XRD), Raman scattering (RS) and electron microscopy transmission (TEM) techniques, the substitutional incorporation of Mn2+ ions was confirmed up to its solubility limit (x = 0.100) ZnTe NCs. Above this concentration, can observe the formation of manganese oxide NCs such as MnO and MnO2, since the nucleation rate for the formation of these NCs is greater than that of Zn1-xMnxTe NCs, at high concentrations. Furthermore, from the PL spectra, it was found that it is possible to tune the emission of energy related to transition 4T1(4G) → 6A1(6S) of Mn2+ ions, of the spectral orange region to the near infrared, depending on Mn concentration. This is possible due to the variation of the local crystal field, where these ions are inserted. From the OA spectra, analyzed on the basis of CFT, it showed that Co2+ ions are substitutionally incorporated in tetrahedral sites of ZnTe NCs, due to its characteristics transitions in visible and near infrared spectral region. This evidence has been enhanced from MFM images, since NCs doped with magnetic ions, magnetically respond when induced by the magnetization of the probe. / Neste trabalho, nanocristais semicondutores magnéticos diluídos (SMD) de Zn1-xAxTe (A = Mn; Co) foram crescidos com sucesso no sistema vítreo P2O5 ZnO Al2O3 BaO PbO, sintetizado pelo método de Fusão-Nucleação, após submetê-lo a tratamento térmico apropriado. Várias técnicas experimentais foram utilizadas neste estudo a fim de obter um entendimento compreensivo das propriedades ópticas, morfológicas, estruturais e magnéticas desses NCs. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA) revelaram o tamanho tanto de NCs de Zn1-xMnxTe quanto de Zn1-xCoxTe. A partir da técnica de magnetometria de amostra vibrante (MAV), verificou-se o crescimento da magnetização e o comportamento da susceptibilidade magnética, em função da concentração de Mn, em amostras contendo NCs de Zn1-xMnxTe. Em baixas concentrações de Mn, os elétrons sp do semicondutor hospedeiro ZnTe, interagem com os elétrons d dos íons Mn2+, resultando na interação de troca sp-d, que provoca um pequeno aumento na susceptibilidade magnética. Já, em concentrações mais elevadas de Mn, a interação de troca d-d entre átomos de Mn domina a interação de troca sp-d, o que resulta em um aumento abrupto da susceptibilidade. Os espectros RPE, além de comprovar esses resultados, exibiram o bem conhecido sexteto de linhas hiperfinas de íons Mn2+, uma vez que amostras com baixas concentrações de Mn revelaram a presença de íons Mn2+ no interior e próximos à superfície dos NCs de ZnTe. A partir dos espectros de absorção óptica (AO) e fotoluminescência (FL), analisados com base na teoria do campo cristalino (TCC), bem como das técnicas de difração de raios-X (DRX), espalhamento Raman (ER) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), confirmou-se a incorporação substitucional de íons Mn2+ até seu limite de solubilidade nominal (x = 0,100) em NCs de ZnTe. Acima dessa concentração, observa-se a formação de NCs de óxido de manganês, tais como MnO e MnO2, uma vez que a taxa de nucleação para a formação desses NCs é maior que a de NCs de Zn1-xMnxTe, em altas concentrações. Além disso, a partir dos espectros FL, verificou-se que é possível sintonizar a energia de emissão relacionada à transição 4T1(4G) → 6A1(6S) de íons Mn2+, da região espectral laranja ao infravermelho próximo, em função da concentração de Mn. Isso é possível devido à variação do campo cristalino local, onde esses íons estão inseridos. A partir dos espectros AO, analisados com base na TCC, evidenciou-se que íons Co2+ são incorporados substitucionalmente em sítios tetraédricos de NCs de ZnTe, devido às suas transições características na região espectral do visível e infravermelho próximo. Essa evidência foi reforçada a partir de imagens de MFM, uma vez que os NCs, dopados com íons magnéticos, respondem magneticamente quando induzidos pela magnetização da sonda. / Doutor em Física