Stimuli-responsive (stimuli-sensitive, intelligent, or smart) polymers are polymer materials which, after small external stimuli, evidently change their physical or chemical properties. Smart polymers can be classified according stimuli they respond to such as: temperature changes, mechanical stress, light irradiation, ultrasonic treatment, application of external magnetic as well as electric field, changes of pH, ionic strength, addition of the chemical agents and presence of biomolecules and bioactive molecules. Stimuli-responsive synthetic polymer systems has attracted considerable attention due to wide range of applications, i.e. controlled drug delivery and release systems, diagnostics, tissue engineering and 'smart' optical systems, as well as biosensors, microelectromechanical systems, coatings, and textiles. Among the types of stimuli for this dissertation temperature, pH and reactive oxygen species (ROS) responsive polymer systems were studied. In case of thermoresponsive polymers, when polymer chains are molecularly dissolved in a good solvent, changes (increasing or decreasing) of temperature result in insolubility (globular nanoparticles formation) of polymer chains, called temperature induced phase-separation. pH responsive polymers change properties such as: solubility, volume (gels),...

The first part of the present Phd thesis is devoted to transport investigations in disordered quantum systems. We aim at quantitatively determining transport parameters like conductivity, mean free path, etc., for simple models of spatially disordered and/or percolated quantum systems in the limit of high temperatures and low fillings using linear response theory. We find the transport behavior for some models to be in accord with a Boltzmann equation, i.e., long mean free paths, exponentially decaying currents although there are no band-structures to start from, while this does not apply to other models even though they are also almost completely delocalized. The second part of the present PhD thesis addresses the issue of initial state independence (ISI) in closed quantum system. The relevance of the eigenstate thermalization hypothesis (ETH) for the emergence of ISI equilibration is to some extent addressed. To this end, we investigate the Heisenberg spin-ladder and check the validity of the ETH for the energy difference operator by examining the scaling behavior of the corresponding ETH-fluctuations, which we compute using an innovative numerical method based on typicality related arguments. While, the ETH turns out to hold for the generic non-integrable models and may therefore serve as the key mechanism for ISI for this cases, it does not hold for the integrable Heisenberg-chain. However, close analysis on the dynamic of substantially out-of-equilibrium initial states indicates the occurrence of ISI equillibration in the thermodynamic limit regardless of whether the ETH is violated. Thus, we introduce a new parameter $v$, which we propose as an alternative of the ETH to indicate ISI equillibration in cases, in which the ETH does not strictly apply.

Em sistemas com acoplamento spin-órbita (SO) é possível manipular eletricamente o spin do elétron via a aplicação de um campo elétrico.1 Isso permite a potencial aplicação do grau de liberdade de spin (Spintronica) no desenvolvimento de novos dispositivos e tecnologias, como por exemplo na tecnologia da informação (computação quântica).2,3 No entanto, sabe-se que a interação SO causa efeitos indesejáveis, como por exemplo a relaxação e o defasamento de spin.4 Dessa maneira, do ponto de vista de aplicações, torna-se desejável maximizar o tempo de vida do spin. Neste trabalho, investigamos a relaxação de spin dos elétrons de condução em poços quânticos com duas sub-bandas5 crescidos ao longo das direções [001] e [110] via o mecanismo de D\'yakonov-Perel\'.6 Combinando teoria de grupos, o método k.p, a aproximação da função envelope e teoria de perturbação de Löwdin obtemos um Hamiltoniano efetivo para os elétrons da banda de condução na presença das interações SO de Rashba e Dresselhaus. Aqui, diferentemente de alguns trabalhos anteriores,7,8 além de incluir o termo cúbico de Dresselhaus, também levamos em conta as contribuições devido à influência da segunda sub-banda de mais baixa energia do poço. A partir deste Hamiltoniano derivamos expressões para os tempos de relaxação do spin e analisamos como estas novas contribuições (termos do acoplamento com a segunda sub-banda) afetam os tempos de vida dos spins. Comparamos os tempos de relaxação para as direções [001] com os calculados para a direção [110]. Nossos resultados mostram que as contribuições devido à segunda sub-banda são desprezíveis para ambas as direções. Mostramos também que o tempo de relaxação para a direção [110] é mais longo que o da [001], resultado consistente com experimentos9,10 e outros trabalhos teóricos anteriores.7 / In systems with spin-orbit (SO) coupling, it is possible to electrically manipulate the electron spin via applied gate voltages.1 This allows for the potential use of the spin degree of freedom (Spintronics) in the development of new devices and technologies, for instance information technology (quantum computing).2,3 It is known however, that the SO interaction leads to the undesired effect of causing spin relaxation and spin dephasing.4 Thus from the point of view of applications, it is desirable to maximize the spin lifetimes. Here, we investigate the spin relaxation of the conduction electrons in quantum wells with two sub-bands5 grown along the [001] and [110] directions via the D\'yakonov-Perel\' mechanism.6 By combining group theory, the k.p method, the envelope function approach and the Löwdin perturbation theory, we obtain an effective Hamiltonian for the conduction electrons in the presence of the Rashba and Dresselhaus SO interactions. Differently from some early works,7,8 in addition to the cubic Dresselhaus term, we also account for the contributions arising from the second lowest sub-band of the well. We derive expressions for the spin relaxation times and analyze how the new contributions (second sub-band terms) affect the spin lifetimes. We compare the relaxation times obtained in the [001] direction with those calculated for the [110] direction. Our results show that the contributions from the second sub-band are negligible for both directions. We also find that the relaxation time in the [110] direction is longer than the one in the [001], a result consistent with experiments9,10 and earlier theoretical works.7

Em sistemas com acoplamento spin-órbita (SO) é possível manipular eletricamente o spin do elétron via a aplicação de um campo elétrico.1 Isso permite a potencial aplicação do grau de liberdade de spin (Spintronica) no desenvolvimento de novos dispositivos e tecnologias, como por exemplo na tecnologia da informação (computação quântica).2,3 No entanto, sabe-se que a interação SO causa efeitos indesejáveis, como por exemplo a relaxação e o defasamento de spin.4 Dessa maneira, do ponto de vista de aplicações, torna-se desejável maximizar o tempo de vida do spin. Neste trabalho, investigamos a relaxação de spin dos elétrons de condução em poços quânticos com duas sub-bandas5 crescidos ao longo das direções [001] e [110] via o mecanismo de D\'yakonov-Perel\'.6 Combinando teoria de grupos, o método k.p, a aproximação da função envelope e teoria de perturbação de Löwdin obtemos um Hamiltoniano efetivo para os elétrons da banda de condução na presença das interações SO de Rashba e Dresselhaus. Aqui, diferentemente de alguns trabalhos anteriores,7,8 além de incluir o termo cúbico de Dresselhaus, também levamos em conta as contribuições devido à influência da segunda sub-banda de mais baixa energia do poço. A partir deste Hamiltoniano derivamos expressões para os tempos de relaxação do spin e analisamos como estas novas contribuições (termos do acoplamento com a segunda sub-banda) afetam os tempos de vida dos spins. Comparamos os tempos de relaxação para as direções [001] com os calculados para a direção [110]. Nossos resultados mostram que as contribuições devido à segunda sub-banda são desprezíveis para ambas as direções. Mostramos também que o tempo de relaxação para a direção [110] é mais longo que o da [001], resultado consistente com experimentos9,10 e outros trabalhos teóricos anteriores.7 / In systems with spin-orbit (SO) coupling, it is possible to electrically manipulate the electron spin via applied gate voltages.1 This allows for the potential use of the spin degree of freedom (Spintronics) in the development of new devices and technologies, for instance information technology (quantum computing).2,3 It is known however, that the SO interaction leads to the undesired effect of causing spin relaxation and spin dephasing.4 Thus from the point of view of applications, it is desirable to maximize the spin lifetimes. Here, we investigate the spin relaxation of the conduction electrons in quantum wells with two sub-bands5 grown along the [001] and [110] directions via the D\'yakonov-Perel\' mechanism.6 By combining group theory, the k.p method, the envelope function approach and the Löwdin perturbation theory, we obtain an effective Hamiltonian for the conduction electrons in the presence of the Rashba and Dresselhaus SO interactions. Differently from some early works,7,8 in addition to the cubic Dresselhaus term, we also account for the contributions arising from the second lowest sub-band of the well. We derive expressions for the spin relaxation times and analyze how the new contributions (second sub-band terms) affect the spin lifetimes. We compare the relaxation times obtained in the [001] direction with those calculated for the [110] direction. Our results show that the contributions from the second sub-band are negligible for both directions. We also find that the relaxation time in the [110] direction is longer than the one in the [001], a result consistent with experiments9,10 and earlier theoretical works.7

Nesta dissertação é apresentado um estudo dos compostos Li1-3xMgFexPO4 através de Ressonância Magnética Nuclear (7Li e 31P), no intervalo de temperatura de 150 a 410 K. Estudos desses compostos através de técnicas de difração de elétrons e efeito Mossbauer confirmam que os íons Fe entram na rede cristalina na forma Fe3+, substituindo os íons Li+. O comportamento dos espectros de RMN, dos tempos de relaxação spin-rede e da susceptibilidade magnética dos núcleos 7Li e 31P em função da temperatura, em conjunto com medidas de condutividade iônica, indicam que, mesmo com a adição de impurezas Fe3+ na rede, os íons Li+ pouca mobilidade dentro do intervalo de temperatura utilizado. / This work reports a 7Li and 31P nuclear magnetic resonance study in the Li1-3xMgFexPO4 phases between 150 and 410 K. This study, complementary to those made using Mössbauer and magnetic neutron diffraction experiments, confirms that the Fe3+ ions enter as in the lattice, and that they enter substituting Li ions. The behavior of the 7Li e 31P nuclear magnetic resonance spectra, together with ionic conductivity measurements, show that no Li mobility occurs in temperature range studied even with the addition of the Fe impurity.

Nesta dissertação é apresentado um estudo dos compostos Li1-3xMgFexPO4 através de Ressonância Magnética Nuclear (7Li e 31P), no intervalo de temperatura de 150 a 410 K. Estudos desses compostos através de técnicas de difração de elétrons e efeito Mossbauer confirmam que os íons Fe entram na rede cristalina na forma Fe3+, substituindo os íons Li+. O comportamento dos espectros de RMN, dos tempos de relaxação spin-rede e da susceptibilidade magnética dos núcleos 7Li e 31P em função da temperatura, em conjunto com medidas de condutividade iônica, indicam que, mesmo com a adição de impurezas Fe3+ na rede, os íons Li+ pouca mobilidade dentro do intervalo de temperatura utilizado. / This work reports a 7Li and 31P nuclear magnetic resonance study in the Li1-3xMgFexPO4 phases between 150 and 410 K. This study, complementary to those made using Mössbauer and magnetic neutron diffraction experiments, confirms that the Fe3+ ions enter as in the lattice, and that they enter substituting Li ions. The behavior of the 7Li e 31P nuclear magnetic resonance spectra, together with ionic conductivity measurements, show that no Li mobility occurs in temperature range studied even with the addition of the Fe impurity.