Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06632.pdf: 4097419 bytes, checksum: 1cde4c2787112f93fcca894974c568fd (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:06/59237-6

O spin de um elétron confinado em uma ilha quântica (do inglês, quantum dot ou QD) oferece a oportunidade de armazenamento e manipulação de coerência de fase em escalas fe tempo muito mais longas do que aquelas encontradas em dispositivos convencionais. A natureza zero-dimensional dessas estruturas pode ser explorada em dispositivos optoeletrônicos baseados na manipulação de spin pela luz, tais como QD lasers,emissores de fóton-único e transistores de elétron-único. Desta maneira, o entendimento da física por trás do controle do magnetismo pela luz torna-se essencial no avanço do campo de manipulação de spin e no desenvolvimento de aparelhos tecnológicos. Em particular, o enfoque dessa tese, se refere à geração induzida de magnetização em um conjunto de ilhas quânticas, mediante a iluminação por um pulso de luz circularmente polarizado ressonante com a energia de transição dos QD\'s. Neste trabalho em questão, dois modelos quânticos para a magnetização induzida pela luz são apresentados. Para ambos os modelos, a fase de precessão da magnetização em função do campo magnético apresentou excelente concordância com os dados experimentais referentes a um conjunto de ilhas quânticas carregadas de (In, Ga)As. Demonstramos ainda, que a precessão do buraco participante do tríon desempenha um papel fundamental na determinação da amplitude e fase da precessão da magnetização. Ressaltamos também a aplicabilidade do modelo na descrição de ilhas carregadas positivamente. E por fim, sugerimos que a teoria desenvolvida pode ser utilizada como técnica de medição do tempo de vida ressonante do tríon em função da energia de emissão do QD. / The spin of an electron confined in a quantum dot (QD) offers the opportunity to store and manipulate phase coherence over much longer time scales than it is typically possible in charge based devices. The zero-dimensional nature of these nanostructures can be exploited in optoeletronic devices, such as quantum dot laser, single-photon emitters, single-electron transistor and spin-manipulation. Thus, understanding the physics behind light control of magnetism is essential to advance this field and device applications based on it. In particular, magnetization generation can be induced in an ensemble of quantum dots, each charged with a single electron, when illuminated with a short circularly polarized light pulse resonant with the fundamental gap of the QDs. In this work, two quantum-mechanical models for the light-induced magnetization are presented. For both models, the phase of magnetization precession as a function of the strength of the magnetic field in a Voigt geometry is in excellent agreement with experimental data measured on (In, Ga)As singly charged quantum dot ensemble. It is demonstrated that the precession of the hole in the trion plays a vital role because it determines the amplitude and phase of the magnetization precession. The model could also be easily extended to describe positively charged quantum dots. We also suggest that our theory, can be used as technique to measure the resonante trion lifetime as a function of QD emission energy.

Cristais naturais de pumpelita Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), provenientes da mina de Brejui, município de Currais Novos, Rio Grande do Norte, foram investigados através das técnicas de termoluminescência (TL), absorção óptica (AO) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) com o intuito de entender os efeitos da radiação ionizante e de recozimento em altas temperaturas sobre estes cristais. As curvas TL obtidas apresentaram cinco picos, 90, 145, 220, 315 e 390 oC, após terem sido irradiadas para uma taxa de quecimento de 4 °C/s. A decomposição espectral da luz TL foi obtida para todos os picos e presentou uma emissão centrada em 575 nm e largura à meia altura de 75 nm e outras duas emissões menores em 470 nm e 660 nm indicando que o processo TL pode possuir mais de um centro de recombinação, independentemente das temperaturas dos picos. Em um segundo momento, foi investigado o efeito de diferentes tratamentos térmicos pré-irradiação (500, 600, 700, 800 e 900 °C) nas propriedades TL dos cristais. Somente a intensidade das emissões mostrou ser dependente da temperatura destes tratamentos térmicos, a posição dos quatro picos não foi alterada. Os picos em 220 e 390 °C apresentaram grande sensibilidade ao tratamento térmico. Uma análise termogravimétrica mostrou que entre 650 e 800 °C houve grande perda de massa envolvida num processo endotérmico, sugerindo uma provável mudança de estado. O espectro de ressonância paramagnética eletrônica mostra um sinal muito intenso que se estende de 1000 a 6000 Gauss e seis linhas típicas hiperfinas de Mn2+ entre 3000 e 4000 Gauss. O sinal EPR gigante é devido à interação dipolo (magnético) dipolo magnético) de Fe3+. Os espectros de AO de amostras recozidas em 600 °C, 700 °C e 900 °C mostram num resultado muito interessante, a banda em torno de 1060 nm, que, é devida a Fe2+ muda pouco com o tratamento térmico até 800 °C, mas, entre 800 °C e 900 °C a banda decresce. Nessa região de temperatura, ocorre a reação: Fe2+ temperaturae + Fe3+ Fe2+ perde um elétron e se torna Fe3+. Este processo é, também, responsável pelo aumento muito grande da intensidade EPR na região de g = 2,0, em amostras que sofreram recozimentos em temperaturas acima de 850 °C, Nestas temperaturas, a coloração da pumpelita é também afetada. Todos os picos TL sofrem fotoesvaziamento (bleaching), quando a amostra irradiada é exposta a luz UV. / Natural mineral of pumpellyite, one of the members of epidote group has been investigated. With chemical formula (Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), the sample here studied was collected from Brejui Mine, Currais Novos County, state of Rio Grande do Norte. The work was aimed to investigate its thermoluminescence (TL), color centers and electron paramagnetic properties. Annealing at high temperatures, heavy irradiation and UV irradiation techniques have been used. The physical properties of interest are due to the elements composing crystal structure such as Si, Al, Mg, Fe and Mn, however among about twenty elements that can be considered impurities; only Na, K and Cr participate. The TL glow curve obtained from 600 °C for one hour pre-annealed and then - irradiated sample has shown 90, 145, 220, 275 and 390 °C peaks. A heating rate of 4 °C has been used for TL read out. The lowest 90 °C peak is very unstable, however, it is by far the most sensitive one to the irradiation; at 50 Gy -dose its peak height is almost 100 times larger. Among others, the 315 °C peak grows faster. Heat treatments before irradiation increase the sensitivity of TL peaks slowly from 500 to 800 °C, but such increase becomes very large above 800 °C. For example the 390 °C peak sensitivity increases by a factor 100 on going from 500 C to 900 °C annealing. The spectral analysis of the emitted TL light has shown that there are 470, 575 and 600 nm bands indicating that there are at least three recombination centers. The 575 nm is by far the dominating one. The UV light bleaching has shown that all the TL peaks decay fast up to 10 minutes exposure and a residual TL is left after long time exposure. The optical absorption spectrum is characterized by four absorption bands in the visible region, one strong and broad band around 1060 nm and several in near IR region. The 1060 nm band is due to Fe2+ which around 850 900 °C annealing decreases indicating that Fe2+ liberates electrons leaving Fe3+. The EPR spectrum is dominated by Fe3+ spin spin interaction. Mn2+ six hyperfine lines superpose Fe line around g = 2,0. Under 850 900 °C heating, that broad Fe3+ lines becomes stronger and broader due to Fe2+ changing to Fe3+. The EPR intensity of 800 °C annealed sample and then irradiated to 1 kGy - dose increases with microwave power, but start saturation around 30 to 40 mW power.

Neoplasias ginecológicas são os tumores de maior incidência no público feminino. Como alternativa para o tratamento destes tumores existe a radioterapia, em que a sua eficácia depende prioritariamente da correta administração da dose prescrita ao tumor, com acurácia de ±5%, conforme estabelecido pela American Association of Physicists in Medicine (AAPM). Para verificar a administração de doses existem diversas técnicas dosimétricas, entre elas a ressonância de spin eletrônico (RSE) com L-alanina, material tecido-equivalente, que relaciona dose com a quantidade de radicais livres formados pela radiação. Portanto, o objetivo deste estudo é a verificação da dose administrada na região tumoral de pacientes diagnosticadas com câncer ginecológico submetidas à teleterapia, utilizando L-alanina e a RSE. Para comparação entre as modalidades de radioterapia, foi realizada braquiterapia ginecológica com objeto simulador, verificando a dose no reto durante o tratamento, que deve ser inferior a 65% da dose prescrita ao tumor, conforme a International Commission on Radiation Units (ICRU). Para a análise de teleterapia foi construído um aparato, para a inserção vaginal do material radio-sensível, que foi utilizado durante 5 das 25 sessões de tratamento. As doses foram determinadas com o sistema de planejamento do tratamento mediante as imagens da tomografia computadorizada, em conjunto com softwares de planejamento, e a existência de marcadores radiopacos no aparato permitiu a confirmação das doses, conforme referência óssea através de imagens de portal feitas no momento anterior ao tratamento. Após a irradiação foi feita a leitura das amostras com o espectrômetro de RSE, em que a amplitude pico a pico da linha principal do sinal, normalizado pela massa, determinou a dose entregue nas regiões de interesse. Previamente ao estudo in vivo foi efetuada a teleterapia com objeto simulador, nas mesmas condições de tratamentos in vivo, apresentando desvio médio em relação ao planejamento de (0,2 ± 3,5)%, viabilizando o estudo com pacientes. Para a primeira paciente o desvio médio obtido foi de (0,5 ± 3,7)% e para a segunda de (-0,7 ± 2,8)%. Na simulação da braquiterapia o desvio médio observado foi de (-1,3 ± 9,2)%. Por causa do pequeno número amostral de pacientes, esta pesquisa é classificada como um estudo de viabilidade, em que a utilização de L-alanina com a RSE se mostrou eficiente para o objetivo proposto, fazendo com que os resultados da teleterapia estivessem de acordo com o estipulado pela AAPM e na braquiterapia a dose administrada no reto obedecesse ao relatório 38 da ICRU. / Gynecological malignancies are the most incident female tumors. As an alternative treatment for these tumors exist the radiotherapy, which their effectiveness mainly depends on the right administration of the prescribed dose to the tumor, with an accuracy of ±5%, as established by the American Association of Physicists in Medicine (AAPM). There are a lot of dosimetric techniques for dose verification, including electron spin resonance (ESR) with L-alanine, a tissue-equivalent material, which relates dose with the amount of free radicals formed by radiation. Therefore, the aim of this study is to verify the dose administered in the tumor of patients diagnosed with gynecological cancer subjected to external beam radiation therapy using L-alanine and ESR. For comparison between the radiotherapy modalities was performed gynecological brachytherapy in phantom, verifying the dose to the rectum during treatment, which must be less than 65% of the prescribed dose to the tumor, according to the International Commission on Radiation Units (ICRU). For teletherapy analysis was constructed an apparatus for vaginal insertion of the radio-sensitive material, which was used in 5 of the 25 treatment fractions. The doses were determined with the treatment planning system with the computed tomography images, together with the planning software, and the existence of radiopaque markers in the apparatus allowed the dose confirmation, according to the bone reference through portal images made before treatment. After the irradiation the samples was read with the ESR spectrometer, wherein the peak to peak amplitude of the signal main line, normalized by weight, determined the dose delivered into the regions of interest. Prior to the in vivo study was performed the teletherapy with phantom, under the same conditions of in vivo treatments, presenting mean deviation to the planning dose of (0.2 ± 3.5)%, enabling the study with patients. For the first patient, the mean deviation obtained was of (0.5 ± 3.7)% and for the second one of (-0.7 ± 2.8)%. In the brachytherapy simulation the mean deviation observed was of (-1.3 ± 9.2)%. Due to the small sample of patients, this research is classified as a feasibility study, which the use of L-alanine with the ESR was efficient for the objective proposed, making the teletherapy results consistent with the stipulated by the AAPM, and in the brachytherapy the dose to the rectum obey the ICRU report 38.

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