Since a decade, spintronics and related physics have attracted considerable attention due to the massive research conducted in these areas. The main reason for growing interest in these fields is the expectation to use the electrons spin instead of or in addition to the charge for the applications in spin-based electronics, quantum information, and quantum computation. A prime concern for these spins to be possible candidates for carrying information is the ability to coherently control them on the time scales much faster than the decoherence times. This thesis reports on the spin dynamics in two-dimensional electron gases hosted in artificially grown III-V semiconductor quantum wells. Here we present a series of experiments utilizing the techniques to optically control the spin polarization triggered by either optical or electrical methods i.e. well known pump-probe technique and current-induced spin polarization. We investigated the spin coherence in high mobility dense two-dimensional electron gas confined in GaAs/AlGaAs double and triple quantum wells, and, it\'s dephasing on the experimental parameters like applied magnetic field, optical power, pump-probe delay and excitation wavelength. We have also studied the large spin relaxation anisotropy and the influence of sample temperature on the long-lived spin coherence in triple quantum well structure. The anisotropy was studied as a function sample temperature, pump-probe delay time, and excitation power, where, the coherent spin dynamics was measured in a broad range of temperature from 5 K up to 250 K using time-resolved Kerr rotation and resonant spin amplification. Additionally, the influence of Al concentration on the spin dynamics of AlGaAs/AlAs QWs was studied. Where, the composition engineering in the studied structures allows tuning of the spin dephasing time and electron g-factor. Finally, we studied the macroscopic transverse drift of long current-induced spin coherence using non-local Kerr rotation measurements, based on the optical resonant amplification of the electrically-induced polarization. Significant spatial variation of the electron g-factor and the coherence times in the nanosecond scale transported away half-millimeter distances in a direction transverse to the applied electric field was observed. / Há uma década, a spintrônica e outras áreas relacionadas vêm atraindo considerável atenção, devido a enorme quantidade de pesquisa conduzidas por elas. A principal razão para o crescente interesse neste campo é a expectativa da aplicação do controle do spin do elétron no lugar ou em adição à carga, em dispositivos eletrônicos e informação e computação quânticas. A possibilidade destes spins carregarem informação depende, primeiramente, da habilidade de controlá-los coerentemente, em uma escala de tempo muito mais rápida do que o tempo de decoerência. Esta tese trata da dinâmica de spins em gases de elétrons bidimensionais, em poços quânticos de semicondutores III-V, crescidos artificialmente. Nós apresentamos uma série de experimentos, utilizando técnicas para o controle ótico da polarização de spin, desencadeadas por métodos óticos ou eletrônicos, ou seja, técnicas conhecidas de bombeio e prova e polarização de spin induzida por corrente. Nós investigamos a coerência de spin em gases bidimensionais, confinados em poços quânticos duplos e triplos de GaAs/AlGaAs e a dependência da defasagem com parâmetros experimentais, como campo magnético externo, potência ótica, tempo entre os pulsos de bombeio e prova e comprimento de onda da excitação. Também estudamos a grande anisotropia de relaxação de spin como função da temperatura da amostra, potência de excitação e defasagem entre bombeio e prova, medidos para uma vasta gama de temperatura, entre 5K e 250K, usando Rotação de Kerr com Resolução Temporal (TRKR) e Amplificação Ressonante de Spin (RSA). Além disso estudamos a influência da concentração de Al na dinâmica dos poços de AlGaAs/AlAs, para o qual a engenharia da composição da estrutura permite sintonizar o tempo de defasagem de spin e o fator $ g $ do elétron. Por fim, estudamos a deriva transversal macroscópica da longa coerência de spin induzida por corrente, através de medidas de Rotação de Kerr não-locais, baseadas na amplificação ressonante ótica da polarização eletricamente induzida. Observamos uma variação espacial significante do fator $ g $ e do tempo de vida da coerência, na escala de nanosegundos, deslocada distâncias de meio milímetro na direção transversa ao campo magnético aplicado.

Nesta dissertação, tratamos do espalhamento de partículas (elétrons e éxcitons) em sistemas nos quais o potencial espalhador está acoplado a modos vibracionais. Os efeitos do acoplamento, no espalhamento das partículas, são estudados em dois problemas particularmente interessantes, a saber: o tunelamento de elétrons em heterojunções e o espelhamento de excitações em sólidos. Em ambos há a possibilidade de ocorrência de espalhamento inelástico/ressonante assistido por fônons. Verifica-se que a interação com modos vibracionais induz o aparecimento de estruturas bastante peculiares nos coeficientes de transmissão e seções de choque. Tais estruturas decorrem da existência de espalhamento inelástico (abertura de novos canais) e de efeitos de interferência, construtiva destrutiva, característicos de sistemas nos quais se tem acoplamento entre um nível discreto e o contínuo. / In this work we consider the scattering of excitations in systems in which a local scatterer center is coupled to single vibrational mode. The effects of the coupling are studied in two particular systems, namely, the tunneling of electrons in heterojunctions and the scattering of excitations by impurities in solids. In both cases inelastic scattering is observed and peculiar structures in transmission amplitudes and cross sections are observed. Such structures are a direct consequence from the newly open scattering channels and from interference effects resulting from the coupling of the discret with the continuum.

Neste trabalho investigamos a física de Pomeron, tanto em sua formulação perturbativa dada pela Cromodinâmica Quântica como o aspecto não-perturbativo dado pela teoria de Regge. Estes formalismos teóricos levam em consideração o fato que o Pomeron porta os números quânticos do vácuo e deve dominar o espalhamento entre partículas em altas energias. Partindo do formalismo de dipolos de cor, estudamos a interação perturbativa usual corrigida por efeitos de unitariedade em altas energias para os processos DIS e Drell- Yan, determinando a importância destas correções para ambos processos. Referente ao Pomeron não-perturbativo, investigamos os aspectos do modelo de múltiplos espalhamentos, o qual também contribui também para a unitariedade no setor suave. Dado os resultados similares entre modelos QCD e de Regge na descrição de DIS difrativo, propomos um novo observável, o coeficiente angular difrativo da função de estrutura difrativa, que permitirá discriminar dinâmicas subjacentes ao processo. Finalmente estudamos a fenomenologia associada à truncagem da série assintótica advinda do formalismo BFKL, e a utilizamos para descrever os principais observáveis em colisões hadrônicas e elétron-próton.

Neste trabalho foi medido o alargamento Doppler de uma aniquilação elétron pósitron com o uso de um filtro angular. O Filtro angular reduz, substancialmente, a detecção de fótons provenientes de aniquilações de elétrons com baixo momento, enfatizando, desta forma, a contribuição de aniquilações com elétrons fortemente ligados. Foram medidos os espectros de coincidência para os ângulos de corte de 0,28°, 0,42° e 1.2°. Os resultados obtidos mostram que, conforme se aumenta o ângulo de corte, há uma redução das aniquilações com elétrons de valência em proporção muito maior do que para elétrons fortemente ligados. Foi determinada a transmissibilidade do filtro em função do ângulo entre as direções de emissão dos gamas, levando em conta todos os elementos do arranjo experimental para cada ângulo crítico, assim como a distribuição espacial da atividade da fonte radioativa. Um modelo simples foi utilizado para estimar teoricamente a dependência da dispersão da energia em função do ângulo de corte. Este modelo permitiu calcular o alargamento Doppler da radiação de aniquilação elétron pósitron. Os resultados obtidos mostram um bom acordo com os dados experimentais. Geralmente, estudos de aniquilação de pósitrons com elétrons fortemente ligados dependem de uma modelagem detalhada do espectro de coincidência, ou da medida dos fótons provenientes da aniquilação em coincidência com elétrons Auger. O filtro angular, desenvolvido neste trabalho se coloca como uma boa alternativa a estes métodos. / This work reports the measurement of the Doppler broadening of the electron-positron annihilation radiation using an angular filter. The angular filter substantially reduces the number of detected gamma-rays from positron annihilation with low momentum electrons, therefore emphasizing the contribution of bound electron. Four coincidence measurements of the emitted gamma-rays were done with arrangements corresponding to critical angles of 0.28°, 0.42°, 1.2°. The obtained results show that the relative intensity of annihilation with valence electrons decreases as the critical angle increases. The filter transmissibility as a function of the angle between the two gamma-rays emission directions was determined taking into account all the elements of the experimental arrangement for every critical angle as well as the spatial distribution of the source activity. A simple model was used to theoretically estimate the dependence of the energy dispersion on the critical angle. The model allows us to calculate the Doppler broadening of the electron-positron annihilation radiation, and the obtained results show good agreement with the experimental data. Usually, the study of positrons annihilation with inner electrons requires good detectors\' energy resolution and depends on either sophisticated modeling and statistical analysis of the coincidence spectra or the measurement of the annihilation gamma-rays in coincidence with Auger electrons. The use of the angular filter developed in this work is a good alternative to those procedures.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo922_1.pdf: 2140122 bytes, checksum: 2395f0c169638407a7012a715b3f3688 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O desenvolvimento e implementação de métodos de dinâmica direta, como dinâmica molecular de Born-Oppenheimer (BOMD) e de Car-Parrinello (CPMD), estão facilitando os estudos das dinâmicas de reações químicas e mostrado as limitações das teorias estatísticas (estado de transição e coordenada de reação intrínseca), além de permitir a descoberta de novos mecanismos de reações químicas. Entretanto, estes métodos ainda apresentam limitações, como por exemplo, tratamento clássico dos núcleos e não inclusão dos acoplamentos entre os movimentos dos elétrons e dos núcleos. O formalismo da dinâmica de elétrons-núcleos (END) permite a correção dessas duas falhas, além de outras, e pode ser vista como o próximo passo a ser dado no aprimoramento das descrições das dinâmicas de reações químicas. O formalismo END é apresentado e os detalhes da implementação da sua aproximação mais básica (END-1) no programa ENDyne são discutidos. Nela, as equações de movimento envolvem acoplamentos entre os movimentos dos elétrons e dos núcleos, formando um sistema de equações não lineares. Dinâmicas realizadas nessas condições acabam por acessar estados excitados, fazendo com que os conjuntos de funções de base disponíveis não sejam os mais adequados, pois, geralmente, são obtidos para descrever o estado fundamental. Sendo assim, novos conjuntos de funções de base foram desenvolvidos para os elementos da primeira fila da tabela periódica, em que os estados excitados também foram considerados na elaboração e otimização destes conjuntos. De fato, a aplicação destes novos conjuntos de funções de base em cálculos de energias de excitação de moléculas e de seções de choque de transferência de elétron em colisões próton-átomo, com o método END-1, demonstrou a importância e a relevância desses conjuntos. O método END-1 foi também utilizado no estudo das dinâmicas das colisões de íons altamente carregados (N6+ e O7+) com metano, culminando na determinação das seções de choque e das probabilidades de transferência de 1, 2, 3 e mais de 3 elétrons. Estes resultados corroboram os valores experimentais e fornecem explicações detalhadas das diferenças qualitativas e quantitativas observadas entre estes íons. Ainda, análises preliminares da explosão Coulombiana a ser sofrida pelo alvo (CH4) são iniciadas. As colisões de hidrogênio com os sistemas mono-eletrônico efetivos Si3+, C3+ e O3+ também foram estudadas com o método END-1 e forneceram resultados quantitativos para as seções de choque de transferência de carga equivalente aos experimentais, demonstrando a eficiência da teoria END mesmo para sua aproximação mais básica Por fim, a teoria do formalismo END para função de onda eletrônica multideterminantal, denominada de vector Hartree-Fock (VHF), é apresentada, assim como alguns conceitos referentes ao código do programa ENDyne

Neste trabalho, apresentamos estudos de magnetotransporte em um sistema quase tridimensional de elétrons produzido em amostras contendo poços quânticos parabólicos (PQW, Parabolic Quantum Well ) formados em heteroestruturas de AlGaAs crescidos sobre substratos de GaAs pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). Na primeira parte do nosso trabalho realizamos medidas de magnetoresistência, efeito Hall e efeito Shubnikov-de Haas em PQWs com larguras de 1000 Å a fim de investigar as propriedades eletronicas tais como a concentração e a mobilidade dos elétrons nas amostras. Através de cálculos autoconsistentes determinou-se os perfis de potencial, os níveis de energia e as concentrações de cada uma das sub-bandas ocupadas no poço. Uma análise através da transformada de Fourier também permitiu determinar as concentrações eletrônicas nas sub-bandas. Em uma segunda parte estudou-se a influência da aplicação de potenciais externos através de uma porta metálica com barreira em uma amostra contendo um PQW de largura 3000 Å na presença de campos magnéticos perpendicular e paralelo à superfície da amostra. Encontrou-se que para uma tensão de porta de Vg = 0, 55V forma-se uma barreira de potencial ainda sem ter depleção de cargas no poço. Apresenta-se a idealização do dispositivo transistor válvula de spin, a partir do fato que aplicando uma tensão de porta é possível deslocar espacialmente os elétrons e mudar a sua orientaçãp de spin. / Results from magnetic transport studies made on quasi-three-dimensional electron systems are presented in this work. AlGaAs heterostructures grown on GaAs subtrates through molecular beam epitaxy (MBE) enable the existence of this type of systems by means of parabolic quantum wells (PQW) formation. This work was developed in two main parts. First, we studied magnetoresistence phenomena, such as Hall effect and Shubnikov-de Haas, on 1000 Å width PQWs. This permits to know the electronic concentration and mobility values of this type of samples, among other electrical properties. Then, self-consistent calculations gave an outline of the size and shape of the potentials, and gave the values for the energy levels and the electronic concentration on each occupied sub-band of the quantum well. Through Fourier transform analysis was also possible to obtain and confirm the electronic concentrations of the occupied sub-bands. In the second part of the work, we studied the effects of applying an external potential through a barrier gate to a 3000 Å width PQW sample in the presence of magnetic fields parallel and perpendicular to the sample surface. For a V g = 0, 55 V gate voltage, it was found that a potential barrier was formed even without charge depletion in the well. An idealization for the spin valve transistor device, based on the fact that applying a gate potential spatially dislocates the electrons and changes their spin orientation, is presented.

The study of transport in nano-structured devices and molecular junctions has become a topic of great interest with the recent call for quantum technologies. Most of our knowledge has been guided by experimental and theoretical studies of the single-electron transistor (SET), an elementary device constituted by a quantum dot coupled to two otherwise independent free electron gases. The SET is particularly interesting because its transport properties at low temperatures are governed by the Kondo effect. A methodological difficulty has nonetheless barred theoretical progress in describing accurately realistic devices. On the one hand, Density-Functional Theory (DFT), the most convenient tool to obtain the electronic structure of complex materials, yields only qualitatively descriptions of the low-temperature physical properties of quantum dot devices. On the other hand, a quantitative description of low-temperature transport properties of the SET, such that obtained through the solution of the Anderson model via exact methods, is nonetheless unable to account for realistic features of experimental devices, such as geometry, band structure and electron-electron interactions in the electron gases. DFT describes the electron gases very well, but proves inadequate to treat the electronic correlations introduced by the quantum dot. This thesis proposes a way out of this frustrating dilemma. Our contribution is founded on renormalization-group (RG) concepts. Specifically, we show that, under conditions of experimental interest, the high and low temperatures regimes of a SET corresponds to the weakly-coupling and strongly-coupling fixed points of the Anderson Hamiltonian. Based on an RG analysis, we argue that, at this low-temperature fixed point, the entanglement between impurity and gas-electron spins introduces non-local correlations that lie beyond the reach of local- or quasi-local-density approximations, hence rendering inadequate approximations for the exchange-correlation energy functional. By contrast, the weak-coupling fixed point is within the reach of local-density approximations. With a view to describing realistic properties of quantum dot devices, we therefore propose a hybrid self-consistent procedure that starts with the weak-coupling fixed point and takes advantage of a reliable numerical method to drive the Hamiltonian to the strong-coupling fixed point. Our approach employs traditional DFT to treat the weak-coupling system and the Numerical Renormalization-Group (NRG) method to obtain properties in the strongcoupling regime. As an illustration, we apply the procedure to a single-electron transistor modeled by a generalized one-dimensional Hubbard Hamiltonian. We analyze the thermal dependence of the conductance in the SET and discuss its behavior at low-temperatures, comparing our results with other self-consistent approaches and with experimental data. / O estudo de propriedades de transporte em dispositivos nano estruturados e junções moleculares tornou-se um tópico de grande interesse com a recente demanda por novas tecnologias quânticas. Grande parte do nosso conhecimento tem sido guiado por trabalhos experimentais e teóricos de um dispositivo conhecido como transístor de um elétron (SET), o qual é constituído por um ponto quântico acoplado a dois gases de elétrons independentes. O SET é particularmente interessante devido as suas propriedades de transporte a baixas temperaturas, as quais são governadas pelo efeito Kondo. Uma dificuldade metodológica, no entanto, tem barrado novos avanços teóricos para se obter uma descrição precisa de dispositivos realistas. Por um lado, a teoria do funcional da densidade (DFT), uma das ferramentas mais convenientes para calcular a estrutura eletrônica de materiais complexos, provê uma descrição apenas qualitativa das propriedades de transporte de transístores quânticos a baixas temperaturas. Por outro lado, uma descrição quantitativa satisfatória do SET a baixas temperaturas, tal como a modelagem e solução do modelo de Anderson via métodos exatos, é incapaz de levar em conta características realistas de dispositivos complexos, tal como geometria, estrutura de bandas e interações inter eletrônicas nos gases de elétrons. Embora a DFT os descreva bem, ela é inadequada para tratar correlações introduzidas pelo ponto quântico. Na presente tese propomos uma alternativa para este dilema. Nossa contribuição é fundamentada em conceitos de grupo de renormalização (RG). Especificamente, mostramos que, em condições de interesse experimental, os regimes de altas e baixas temperaturas em um SET correspondem aos pontos fixos de acoplamento fraco e forte do Hamiltoniano de Anderson. Baseando-nos em na análise do RG, mostramos que, no ponto fixo de baixas temperaturas, o emaranhamento entre a impureza e os spins dos gases eletrônicos introduz correlações não-locais que não podem ser descritas com abordagens DFT baseadas em aproximações locais ou quase locais para o potencial de troca e correlação. Em contraste, o ponto fixo de acoplamento fraco pode ser descrito por aproximações locais. Com o objetivo de obter uma descrição realista das propriedades de transístores quânticos, propomos um procedimento auto-consistente que começa do ponto fixo de acoplamento fraco e se aproveita de um método numérico eficiente para levar o Hamiltoniano para o ponto fixo de acoplamento forte. Nossa abordagem emprega DFT para tratar o sistema no limite de acoplamento fraco e o método de Grupo de Renormalização Numérico (NRG) para obter propriedades no regime de acoplamento forte. Como ilustração, aplicamos o procedimento para um transístor de um elétron modelado através do Hamiltoniano de Hubbard generalizado. Analisamos a dependência térmica da condutância no SET discutindo seu comportamento a baixas temperatura e comparamos nossos resultados com outras abordagens auto-consistentes e resultados experimentais.

Com o rápido avanço das técnicas experimentais observado nas últimas décadas, a fabricação de sistemas nanoestruturados se tornou uma realidade. Nessa escala de grandeza, as interações entre elétrons e vibrações nucleares têm um papel importante no transporte eletrônico, podendo causar a perda de coerência de fase dos elétrons, a abertura de novos canais de condução e a supressão de canais puramente elásticos. Neste trabalho, o problema do transporte eletrônico em escala nanométrica foi tratado considerando as interações elétron-fônon, o que resultou na implementação de ferramentas computacionais para simulação realística de materiais. O transporte eletrônico foi abordado por meio do formalismo das Funções de Green Fora do Equilíbrio, onde as interações elétron-fônon foram tratadas por diferentes modelos. Para considerar o efeito dessas interações no transporte, é necessário, em princípio, incluir um termo de autoenergia de espalhamento na Hamiltoniana do sistema. Contudo, a forma exata dessa autoenergia é desconhecida e aproximações são necessárias. O primeiro efeito da interação elétron-fônon estudado foi a perda de coerência de fase, o que foi abordado pelo modelo fenomenológico das sondas de Büttiker [1]. Foram realizadas duas implementações diferentes deste modelo, a primeira na forma usual, onde se considera uma aproximação elástica para o cálculo da corrente, e a segunda por meio de uma nova proposta sem a aproximação elástica. Entretanto, como a autoenergia de interação utilizada não contém informação a respeito da estrutura dos fônons, o modelo produz somente um alargamento do canal de condutância, simulando apenas o efeito de perda de coerência de fase dos elétrons devido à interação com fônons do material. Para poder incluir as informações sobre a estrutura dos fônons, foi desenvolvido o programa PhOnonS ITeratIVE VIBRATIONS, para o cálculo das frequências e dos modos vibracionais de materiais e para calcular a matriz de acoplamento elétron-fônon, a partir de métodos de primeiros princípios. No cálculo da matriz de acoplamento elétron-fônon, além da implementação do código algumas intervenções foram realizadas no programa SIESTA [2,3] (uma implementação da Teoria do Funcional da Densidade). Outra abordagem para a interação elétron-fônon consiste em expandir a autoenergia de interação perturbativamente em diagramas de Feynman até a primeira ordem, o que é convencionalmente chamado de primeira aproximação de Born. Essa aproximação, assim como a sua versão autoconsistente, no qual uma classe mais ampla de diagramas é considerada, foram incorporadas ao programa SMEAGOL [4], um código de transporte eletrônico ab initio baseado na combinação DFT-NEGF e que utiliza como plataforma do cálculo da estrutura eletrônica o código SIESTA. Essas implementações, em conjunto com diversas mudanças realizadas no código SMEAGOL, deram origem ao programa Inelastic SMEAGOL para cálculos de transporte inelástico ab initio. Nessa busca por uma descrição mais realista dos dispositivos eletrônicos, outro aspecto que deve ser considerado é o fato de que os dispositivos muitas vezes podem alcançar escalas de comprimento da ordem de 100 nm com um grande número de defeitos aleatoriamente distribuídos, o que pode levar a um novo regime fundamental de transporte, a saber, o de localização de Anderson [5]. Neste trabalho, foi desenvolvido o programa Inelastic DISORDER, que permite calcular, por primeiros princípios, as propriedades de transporte elástico e inelástico de sistemas com dezenas de milhares de átomos com um grande número de defeitos posicionados aleatoriamente. O método combina cálculos de estrutura eletrônica via DFT com o formalismo NEGF para o transporte, onde as interações elétron-fônon são incluídas por meio de teoria de perturbação com relação à matriz de acoplamento elétron-fônon (Lowest Order Expansion). O método desenvolvido foi aplicado ao estudo de nanofitas de grafeno com impurezas hidroxílicas. Observou-se que, ao incluir a interação elétron-fônon, as propriedades de transporte sofrem mudanças significativas, indicando que estas interações podem influenciar nos efeitos de localização por desordem. [1] M. Büttiker. Phys. Rev. B 33(5), 30203026 (1986). [2] E. Artacho, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, A. García e J. M. Soler. Phys. Stat. Sol. (b) 215, 809817 (1999). [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón e D. Sánchez- Portal. J. Phys. Cond. Mat. 14, 27452779 (2002). [4] A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer e S. Sanvito. Phys. Rev. B 73, 085414 (2006). [5] P. W. Anderson. Phys. Rev. 109, 1492 (1958). / With the fast improvement of experimental techniques over the past decades, the synthesis of nanoscale systems has become a reality. At this length scales, the interaction between electrons and ionic vibrations plays an important role in electronic transport, and may cause the loss of the electron\'s phase coherence, the opening of new conductance channels and the suppression of purely elastic ones. In this work the electronic transport problem at nanoscale was addressed considering the electron-phonon interactions, resulting on the development of computational tools for realistic simulations of materials. The electronic transport was approached with the Non-Equilibrium Green\'s Function formalism, where electron-phonon interactions were addressed by different models. To take into account the interaction\'s effects, one needs in principle to include a self-energy scattering term in the system Hamiltonian. Nevertheless, the exact form of this self-energy is unknown and approximations are required. The first effect from electron-phonon interactions dealt was the loss of phase coherence, which was approached by the Büttiker\'s probes phenomenological model [1]. Two different implementations of this model were performed, the first in the standard form, where an elastic approximation is considered in order to compute the current, and the second by a new method without the elastic approximation. However, since the interaction self-energy used doesn\'t contains any information about the phonon\'s structure, this model only produces a broadening at the conducting channels, simulating just the effect of loss of phase coherence from the electrons due to their interactions with the phonons. In order to be able to include information about the phonon\'s structure, the computational code PhOnonS ITeratIVE VIBRATIONS was developed, for calculating the frequencies and vibrational modes of the materials and to compute the electron-phonon coupling matrix, from first principles methods. In the calculation of the electron-phonon coupling matrix, besides the code implementation some changes were performed at the SIESTA program [2,3] (a Density Functional Theory implementation). Another approach for the electron-phonon interactions consists of expanding the interaction self-energy perturbatively in Feynman diagrams until the first order, what is conventionally called the first Born approximation. This approximation, together with its self-consistent version, where a wider class of diagrams are regarded, have been incorporated into the SMEAGOL program [4], an ab initio electronic transport code based on the combination DFT-NEGF which uses the SIESTA code as a platform for electronic structure calculations. The implementations, together with many changes performed on SMEAGOL code, gave rise to the Inelastic SMEAGOL program for inelastic ab initio transport calculations. In this search for a more realistic description of electronic devices, another feature that should be taken into account is the fact that these devices most often can reach the 100 nm length scale with a large number of randomly distributed defects, which can lead to a fundamentally new transport regime, namely the Anderson localization regime [5]. In this work, the program Inelastic DISORDER was developed, which allows one to compute, by first principles, the elastic and inelastic transport properties from systems with tens of thousands of atoms with a large number of randomly positioned defects. The method combines electronic structure calculations via DFT with the NEGF formalism for transport, where the electron-phonon interactions are included with perturbation theory on the electron-phonon coupling matrix (Lowest Order Expansion). The developed method was applied to the study of graphene nanoribbons with joint attachment of hydroxyl impurities. It was observed that, by including the electron-phonon interaction, the transport properties experience significant changes, indicating that these interactions can influence the effects of localization by disorder. [1] M. Büttiker. Phys. Rev. B 33(5), 30203026 (1986). [2] E. Artacho, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, A. García, and J. M. Soler. Phys. Stat. Sol. (b) 215, 809817 (1999). [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, and D. Sánchez- Portal. J. Phys. Cond. Mat. 14, 27452779 (2002). [4] A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer, and S. Sanvito. Phys. Rev. B 73, 085414 (2006). [5] P. W. Anderson. Phys. Rev. 109, 1492 (1958).

Ácidos graxos são moléculas hidrofóbicas essenciais para a composição da estrutura física celular, para o metabolismo energético dos seres vivos e também para os caminhos de sinalização molecular no proteoma celular. No caso de deficiência no ácido graxo docosahexaenóico (DHA) e do ácido eicosapentaenoico (EPA) temos a depressão e a mudança do comportamento. O transporte destas moléculas hidrofóbicas no citosol celular é realizado por uma família de proteínas capazes de se ligar a esses ácidos graxos de maneira seletiva, com alta afinidade e de forma reversível. Esta família de proteína é conhecida como FABP, ou proteínas ligantes de ácido graxo. Para realizar esta função, as FABP possuem características únicas tanto na sua estrutura tridimensional quanto na dinâmica experimentada pelos vários elementos estruturais. Diversos trabalhos identificaram regiões relevantes e, com mutações realizadas em resíduos específicos, caracterizaram o mecanismo como a proteína interage com ligantes e com a bicamada lipídica para a realização da sua função, identificando um processo multi-estágio na interação com a bicamada lipídica. Contudo, a não realização de mutações em todos os resíduos da proteína pode deixar não-identificados regiões ou resíduos da proteína também envolvidos na sua função. Além disso, nunca foi caracterizado o que ocorre com os resíduos e com a estrutura da FABP quando a proteína está complexada com uma bicamada lipídica. No presente trabalho, escolhemos a B-FABP para estudar a interação com ligantes e o complexo proteína-membrana desta família de proteínas. Para isto, as técnicas de ressonância magnética nuclear 15N-HSQC e eletrônica (RMN e RPE) foram utilizadas para acompanhar mudanças estruturais e dinâmicas ocorridas quanto de interações moleculares. Com a técnica de RPE e o uso de derivados de ácidos graxos marcados com radicais nitróxidos, monitoramos o sítio de ligação da molécula de ácido graxo e suas alterações quando na presença do surfactante SDS. No caso de RMN, foi usada em proteínas marcadas isotopicamente com 15N na presença de bicelas isotrópicas de DMPC: DHPC na razão igual a um (q = 1), em uma concentração lipídica (CL) de 4%. Nossos resultados além de identificar os mesmos resíduos já conhecidos na interação da FABP com modelos de membrana, também encontrou novos resíduos nunca antes associados à superfície de contato da FABP com a bicamada lipídica. / Fatty acids are hydrophobic molecules essential to the cell structure, to the energetic metabolism of living organisms and to the molecular signaling pathways in the cell proteome. Depression and behavior alteations are two common consequences of deficiencies in docosahexanoic (DHA) and eicosapentaenoic (EPA) acids. The transport of such hydrophobic molecules in the cytosol is the main function of a family of proteins capable of making a selective, high affinity, and reversible binding of fatty acids. This family of proteins is known as FABPs (fatty acid binding proteins). To perform their function, FABPs have unique features in both their tridimensional structure and in the dynamics experienced by the several structural elements. Many reports have identified regions that are relevant to function and, through point mutations of specific residues, have characterized the mechanism used by the protein to bind its ligand and also to interact with lipid bilayers. However, the point mutation strategy relies heavily on the choice of residues such that missing residues can lead to the lack of identification of important elements involved in protein function. Moreover, the characterization of the protein-bilayer complex still deserves a more detailed investigation. In this work, we study the B-FABP protein in terms of its interaction with ligands as well as a membrane model system. We made use of magnetic resonance techniques, nuclear (NMR) and electronic (EPR), to probe structural and dynamical changes occurring upon intermolecular interaction. EPR and spin labeled fatty acids allowed us to monitor the ligand binding site in the protein structure and also its alterations in the presence of the surfactant SDS. NMR HSQC was used to gain information on the conformational changes of isotopically labeled protein in the presence of biceles made of DMPC:DHPC (q = 1 and lipid concentration CL of 4%). Our results confirmed relevant functional residues that had been previously identified and also pointed to new residues that had not been implicated as part of the contact surface before, thus widening our understanding of FABP-bilayer interaction.

Este trabalho trata do estudo das condições para a produção de padrões em escala nano e micrométricas, utilizando o processo de litografia eletrônica. A parte inicial refere-se ao estudo do elétron-resiste de PMMA incluindo a preparação da solução, o recobrimento do substrato e a secagem. Em seguida, são apresentados estudos sobre o funcionamento do sistema de litografia por feixe de elétrons em detalhe. São tratados problemas com o resiste, o substrato e a interação com a amostra. São apresentados os aspectos mais importantes dos substratos utilizados, sendo dado um enfoque a heteroestruturas semicondutoras com gás de elétrons bidimensionais. As condições para revelação do resiste e das etapas de processamento para que seja feita a replicação para o substrato do padrão gerado no resiste são também abordadas. Diversos estudos foram realizados para mostrar a influência de alguns efeitos comuns na litografia como a influência da espessura do filme de resiste e os efeitos de proximidade. Também trata da produção de padrões sobre substratos diversos como GaAs, VIDRO, ALUMINA e PRATA. A última etapa estuda a utilização de um resiste híbrido PMMA-Sílica como um método de conformação cerâmica. Finalmente é apresentado um estudo relativo a produção de diversos padrões diferentes sobre heteroestruturas semicondutoras de AlGaAs/GaAs. / The work describe the conditions for pattern production at nano and micrometric scale using the electronic lithographic process. In the first part many types of lithographic technics are compared and the aim why the electron beam lithographic nanostructured production was chosen. Detailed results about operation with the lithographic system and some problems related to electron resist, substrate and interaction between electron beam and sample are presented. The most important substrate aspects are shown. The two dimensional electron gas (2DEG) semiconductors heterostrutures and the M B E process to grow samples are discussed too. The conditions to develop electron resist and steps for pattern transfer over the substrate are discussed. Many experimental studies were realized to show the influence and some effects, common to the lithographic process, such as electron resist thickness and the proximity effect. A production of pattern on some kind of substrate like GaAs, Glass, Aluminum, Silver can also be observed. In the last part of this work some discussion about utilisation of hybrid electron resist composite PMMA-Silica was done, as well as very important technics for ceramic conformation. Finally, the main goal of this work is presented: the production of different nanostructure samples using AlGaAs/GaAs substrates.