Nesta tese de doutorado foram desenvolvidas metodologias para obter espectros Raman intensificados pela superficie de adsorbatos orgânicos em eletrodos de Fe, Co e Ni, que são metais que apresentam baixo fator de intensificação SERS. Foram desenvolvidos procedimentos de ativação eletroquímica para eletrodos puros dos três metais. Os protocolos de ativação eletroquímica foram utilizados para obter espectros SERS de piridina, 1,10-fenantrolina e 2- e 4-aminopiridina. O fator de intensificação determinado para o três metais, da ordem de 102-103 vezes, depende fortemente do modo vibracional do adsorbato. Os espectros SERS da piridina nos metais de transição, quando comparados com os cálculos de espectros vibracionais de cluster da piridina com átomos metálicos por DFT mostram que a formação do radical α-piridil com a adsorção nos metais de transição, proposta na literatura, não ocorre. Os perfis de excitação SERS calculados pelo modelo de transferência de carga da piridina apresentaram boa correlação com os dados experimentais. Os resultados SERS para a 1,10-fenantrolina mostraram que a espécie que adsorve é a molécula livre, com a espécie adsorvida semelhante ao complexo sintetizado. A dependência das intensidades relativas com o potencial nos espectros SERS é diferente da observada para os espectros Raman ressonante dos complexos da phen com metais de transição, mostrando que o estado excitado monitorado pelas duas técnicas é diferente. O monitoramento da adsorção das 2-aminopiridinas nos metais de transição permitiu sugerir a adsorção pelo anel piridínico para potenciais menos negativos e através dos nitrogênios piridínico e amínico para potenciais mais negativos em eletrodos de Co e Ni, e para o Fe adsorve apenas pelo nitrogênio piridínico. Em solução eletrolítica 0,1 mol.L-1 KCl, a 4-aminopiridina passa de fracamente ligada para um complexo de superficie semelhante ao complexo sintetizado para potenciais mais negativos. Utilizando a solução eletrolítica 0,1 mol.L-1 KI, as duas espécies são observadas para um intervalo maior de potenciais. No eletrodo de Ni, observa-se 4-aminopiridina protonada para E = -0,7 V; para potenciais mais negativos um complexo de superficie semelhante ao complexo sintetizado é observado. Os filmes eletrodepositados de Co e Ni em eletrodos de Ag ativado eletroquimicamente permitiram a obtenção de espectros SERS da py com alto fator de intensificação. Os filmes com espessuras maiores que 2 monocamadas de Co ou Ni apresentaram bandas intensas da piridina adsorvida nestes metais, sem bandas da piridina adsorvida em Ag, indicando que os filmes não apresentam pinholes, com intensidade SERS 100 vezes maior do que os metais puros. As intensidades relativas dos espectros SERS são similares à obtidas nos espectros SERS da piridina nos metais puros para filmes finos mais espessos do que 7 monocamadas. Foram construídos substratos de Au SERS-ativos com alto desempenho e reprodutibilidade por eletrodeposição sobre uma máscara de microesferas de poliestireno. Os espectros SERS da 4-mercaptopiridina adsorvida nos substratos otimizados apresentaram intensidade 2 vezes maior do que o eletrodo de Au ativado eletroquimicamente. A reprodutibilidade do sinal SERS para estes substratos foi de ± 15 %, indicando que estes substratos podem ser utilizados como sensores para sistemas de interesse analítico. / Surface-enhanced Raman spectra of organic adsorbates on Fe, Co and Ni electrodes were acquired after the development of specific methodologies described in this PhD thesis. Electrochemical activation procedures were developed for the three bare metaIs electrodes. The electrochemical activation protocols were applied for the acquisition of SERS spectra of pyridine, 1,10-phenanthroline and 2- and 4-aminopyridine on Fe, Co e Ni electrodes. The total and relative intensities changes of SERS bands with the applied potentials were explained by the charge transfer mechanism, which had a large contribution in the SERS enhancement for these metaIs. The enhancement factor determined for the three metaIs, on the 102-103 times range, strongly depends on the adsorbate\' s vibrational modes. The SERS spectra of pyridine on the transition metals and vibrational spectra calculations of pyridine with metallic atoms showed that the formation of α-pyridil in the adsorption on transition metaIs, suggested in the literature, didn\'t occur. The calculated pyridine SERS excitation profiles present reasonable correlaton with the experimental data. The SERS results for 1,10-phenanthroline showed that the free molecule was the adsorbing species. The potential dependence of the SERS relative intensities was different from those of the resonance Raman spectra of 1,10-phenanthroline complexes with transition metal ions, indicating that different excited states were probed by the two techniques. 2-aminopyridine adsorbed through the pyridinic ring at less negative potentials and through both pyridinic and aminic nitrogens at more negative potentials on Co and Ni electrodes, but for Fe electrode it adsorbed exclusively through the pyridinic nitrogen. 4-aminopyridine adsorbed perpendicularly to the electrode. In 0,1 mol.L-1 KCl electrolytic solution, 4-aminopyridine changed from weak1y bound to a surface complex similar to the synthesized complex at more negative potentials. In 0,1 mol.L-1 KI electrolytic solution, both species were observed in a larger potential interval. On the Ni electrode, protonated 4aminopyridine was observed for V = -0.7 V, and for more negative potentials a surface complex, similar to the synthesized one, was observed. The electrodeposition of ultrathin film of Co and Ni on electrochemically-activated Ag electrodes allowed obtaining SERS spectra of pyridine with high enhancement factors. The SERS spectra of py for films thickness higher than 2 monolayers of Co or Ni presented intense bands of pyridine adsorbed on these metals, and no bands of pyridine adsorbed on Ag were observed, indicanting the absence of pinholes in the films. The relative intensities of SERS spectra on the thin films were similar to those obtained for the SERS of pyridine on the bare metaIs electrodes for films thicker than 7 monolayers, but with SERS intensity 100 times higher. The SERS activity and signal strength reproducibility of Au nanostructured substrates obtained by electrodeposition on a polystyrene masking were evaluated. The SERS spectra of 4-mercaptopyridine adsorbed on optimized electrodes presented intensities 2 times greater than those of the electrochemically activated Au electrode. The SERS intensity reproducibility for these substrates was ± 15%, indicating the potential use of such substrates as sensors.

Recentemente, a dopagem de semicondutores (envolvendo compostos II-VI, IV-VI, III-V, e do grupo-IV) com espécies magnéticas tem sido extensivamente investigada em função do seu potencial em spintrônica. Neste contexto, semicondutores magnéticos baseados no Si e no Ge são atraentes devido à sua compatibilidade com a indústria de semicondutores existente. Entretanto, a solubilidade das espécies magnéticas nestes materiais em forma cristalina é muito baixa e, consequentemente, sua atividade magnética é limitada. Este não é o caso para o silício amorfo (a-Si) e o germânio amorfo (a-Ge), que podem conter elementos magnéticos além do limite de solubilidade de seus análogos cristalinos, e apresentar propriedades magnéticas notáveis. Motivado por estes fatos, este trabalho apresenta uma investigação abrangente de filmes finos de Si e Ge contendo diferentes quantidades de Mn e Co, trazendo informações úteis no entendimento das propriedades desta classe de materiais. As amostras foram preparadas por co-sputtering, e possuíram concentrações de Mn na faixa de ~ 0.1-24 at.%, e de Co na faixa de ~ 1-10 at.%. Após a deposição, os filmes foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 900 oC, e foram investigados por: espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS); espalhamento Raman; difração de raios-x; transmissão óptica; microscopias eletrônica de varredura (SEM), de força atômica (AFM) e de força magnética (MFM); magnetometria SQUID; método de van der Pauw; etc. Para fins comparativos, amostras puras também foram preparadas, tratadas e caracterizadas de forma similar. Os presentes resultados indicam que os átomos de Mn e Co foram incorporados de forma efetiva e homogênea nas matrizes amorfas. Além disso, os filmes sem tratamento (puros ou contendo impurezas) são essencialmente amorfos. Ao contrário, tratamentos em altas temperaturas induzem a cristalização das amostras, e alterações em suas demais características, dependentes da introdução de dopantes. Desta forma: suas propriedades estruturais, ópticas, morfológicas, elétricas, e magnéticas, são notadamente afetadas pela inserção de Mn e Co, e pela temperatura de tratamento térmico. Estas observações foram sistematicamente investigadas e serão apresentadas e discutidas em detalhe. / Along the last few years, the doping of semiconductors (either II-VI, IV-VI, III-V, and group-IV compounds) with magnetic species have been extensively studied due to their potential applications in spintronics. Among them, Si- and Ge-based magnetic semiconductors are very attractive because of their total compatibility with the well-established current semiconductor technology. In the crystalline form, however, these materials exhibit a low solubility limit to magnetic species and, consequently, limited magnetic activity. This is not the case for amorphous (a-)Si and a-Ge, which can contain magnetic elements beyond the solubility limit of their crystalline counterparts, and present improved magnetic properties. Motivated by these facts, this work contains a comprehensive investigation of Si and Ge thin films containing different amounts of Mn and Co, providing useful information concerning the properties of this class of materials. The samples were prepared by co-sputtering, rendering Mn concentrations in the ~ 0.1-24 at.% range, and Co contents in the ~ 1-10 at.% range. After deposition, the films were submitted to isochronal thermal annealing treatments up to 900 oC and investigated by: energy dispersive x-ray spectrometry (EDS); Raman scattering spectroscopy; x-ray diffraction; optical transmission measurements; scanning electron (SEM), atomic force (AFM) and magnetic force (MFM) microscopy techniques; SQUID magnetometry; van der Pauw technique; etc. For comparison purposes, pure samples were also prepared, annealed and characterized in a similar way. The present experimental results indicate that the Mn and Co atoms were effectively and homogenously incorporated into the amorphous hosts. Moreover, the as-deposited films (either pure or doped) are essentially amorphous. On the contrary, thermal annealing at increasing temperatures induces the crystallization of the samples, and changes in their further characteristics, that are dependent of the doping. In this way: their structural, optical, morphological, electrical, and magnetic properties, etc., are notably affected by the insertion of Mn and Co, and by the temperature of thermal annealing. These experimental observations were systematically studied and will be presented and discussed in detail.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-29T18:20:33Z No. of bitstreams: 1 alinelucianofilgueiras.pdf: 4846834 bytes, checksum: f046903a257bca51b49b36d371931270 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-08T12:28:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alinelucianofilgueiras.pdf: 4846834 bytes, checksum: f046903a257bca51b49b36d371931270 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T12:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alinelucianofilgueiras.pdf: 4846834 bytes, checksum: f046903a257bca51b49b36d371931270 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / Nesta tese investigou-se as interações químicas dos antimicrobianos tinidazol, metronidazol, aztreonam, rifampicina e tetraciclina (TC) adsorvidos sobre superfícies metálicas de nanopartículas de ouro (AuNP) ou prata (AgNP) através das técnicas espectroscópicas de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS), de espalhamento Raman ressonante intensificado por superfície (SERRS) e de absorção no ultravioleta, visível e infravermelho próximo (UV-VIS-NIR). Também foram investigadas, a citotoxidade das AgNP, quitosana (QUIT), TC e das combinações AgNP com quitosana (AgNP+QUIT), e AgNP com QUIT e TC (AgNP+QUIT+TC) frente a células de fibroblastos bovinos. Foram obtidas as imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) das bactérias K.pneumoniae e S. aureus na ausência e presença das AgNP. Diferentes rotas sintéticas de AuNP e AgNP foram propostas, com o objetivo de se aprimorar as possíveis aplicações dessas sínteses. As AgNP devem ser pequenas para aplicações em experimentos biológicos e devem estar em ressonância com as radiações excitantes de comprimento de onda em 532, 633 ou 1064 nm quando forem utilizadas nos experimentos SERS. Os espectros SERS dos adsorbatos estudados foram obtidos na ausência e na presença dos modificadores de superfície 2-mercaptoetanol, polivinil álcool (PVA) ou íons cloreto. A presença destes modificadores superficiais permitiu monitorar os mecanismos de adsorção, que levaram a padrões espectrais SERS distintos. A análise dos espectros SERS da rifampicina foi baseada nas modificações observadas na estrutura eletrônica do grupo cromóforo, enquanto que para o tinidazol, metronidazol e aztreonam as diferenças nos padrões espectrais foram devidas a proximidade do sítio de adsorção do analito em relação à superfície metálica. A atribuição vibracional dos espectros Raman e SERS foi baseada em cálculos teóricos obtidos da teoria do funcional de densidade (DFT) das moléculas isoladas ou interagindo com átomos de metal. Este trabalho foi realizado em parceria com o Prof. Dr. Diego Paschoal da Universidade Federal do Rio de Janeiro e com o Prof. Dr. Hélio Ferreira dos Santos da Universidade Federal de Juiz de Fora. As imagens TEM das bactérias K. pneumoniae e S.aureus obtidas na ausência e presença das AgNP+QUIT foram realizadas em colaboração com o Dr. Celso Sant’Ana e o aluno Mateus Eugênio do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Os ensaios de citotoxicidade das diferentes combinações de AgNP frente as células de fibroblastos bovinos foram realizados através do ensaio colorimétrico com brometo de 3, (-4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolium (MTT). Este trabalho foi realizado em colaboração com a Profa. Dra. Michele Munk da Universidade Federal de Juiz de Fora. / In this thesis were investigated the chemical interaction of the antimicrobians tinidazole, metronidazole, aztreonam, rifampicin and tetracycline adsorbed on metallic surfaces of gold (AuNP) or silver nanoparticles (AgNP) by using the spectroscopic techniques surface enhanced Raman scattering (SERS), surface enhanced resonance Raman scattering (SERRS) and absorption in ultraviolet, visible and near infrared regions (UV-VIS-NIR). The cytotoxic effects of silver nanoparticles, chitosan (QUIT), tetracycline (TC) and its combinations AgNP with chitosan (AgNP+QUIT), and AgNP with QUIT and TC (AgNP+QUIT+TC) against bovine fibroblast cells were also investigated. The images using transmission electron microscopy (TEM) were obtained from the bacteria K.pneumoniae and S. aureus in the absence and presence of AgNP +QUIT. Different AuNP and AgNP were synthesized, with the aim of improving the possible applications of these syntheses. These have to be small in the biological experiments and should be in resonance with laser lines at 532, 633 or 1064 nm when used in the SERS experiments. The SERS spectra of the studied adsorbates were obtained in the absence and presence of the surfaces modifiers 2-mercaptoethanol, chloride ions or polyvinyl alcohol (PVA). The presence of these surfaces modifiers allowed monitoring adsorption mechanisms, which led to distinct SERS spectral patterns. The analyses of the SERS spectra of rifampicin were based on the observed changes in the electronic structure of the chromophore group, while for the tinidazole, metronidazole and aztreonam the differences in the spectral patterns were due to the proximity of anchor site of the analyte in relation to the metallic surface. The vibrational assignments of the Raman and SERS spectra were based on theoretical calculations obtained from density functional theory (DFT) of the isolated molecules or in interaction with metallic atoms. The DFT studies were made in collaboration with the Prof.Dr.Diego Paschoal from Universidade Federal do Rio de Janeiro and Prof.Dr Hélio Ferreira dos Santos from Universidade Federal de Juiz de Fora. The TEM images of K. pneumoniae and S.aureus bacteria obtained in the absence and in the presence of AgNP+QUIT were made in collaboration with the researcher Celso Sant’Ana and its student Mateus Eugênio from Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. The cytotoxicity assays of the different combination of AgNP and chitosan and tetracycline against bovine fibroblast cells were made though colorimetric assay using MTT 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide. The biological assay were made in collaboration with the Prof.Dr. Michele Munk and its students Leonara Fayer and Rafaella Zanetti from Universidade Federal de Juiz de Fora.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / No presente trabalho foram realizadas medidas de espalhamento Raman polarizado em cristais de L-metionina e de DL-alanina (dois aminoÃcidos) e em diversas amostras de nanotubos de carbono de parede simples (SWNT). As medidas de espalhamento Raman em cristais de L-metionina foram realizadas no intervalo espectral entre 50 cm-1 e 3100 cm-1 desde a temperatura ambiente atà a temperatura de 17 K. No intervalo de temperatura estudado a estrutura da L-metionina manteve-se estÃvel. à temperatura ambiente tambÃm foram realizadas medidas Raman em altas pressÃes hidrostÃticas. A mÃxima pressÃo atingida foi de 4,7 GPa e diversas modificaÃÃes nos modos associados Ãs unidades CO2, NH3, CC, CS, CH, CH2 e CH3 sugerem que a L-metionina sofre um transiÃÃo estrutural de fase em torno de 2,1 GPa com histerese de aproximadamente 0,8 GPa. No cristal de DL-alanina foram realizadas medidas de espalhamento Raman no intervalo de temperatura de 15 K a 295 K. Embora nenhuma mudanÃa significativa tenha sido observada neste intervalo de temperatura, os resultados sÃo importantes para se entender o comportamento de uma molÃcula fundamental na constituiÃÃo das proteÃnas. Medidas de espalhamento Raman em SWNTâs foram realizadas em amostras preparadas pela tÃcnica de arco voltÃico, utilizando-se vÃrios catalisadores metÃlicos. As amostras foram divididas em duas sÃries: A primeira com os catalisadores à base de MnNiCo e a segunda à base de FeNiCo. Em ambas as sÃries observou-se que a inserÃÃo de CÃrio (Ce) foi responsÃvel por tornar a distribuiÃÃo de diÃmetros do subconjunto ressonante com a energia 2,41 eV mais estreita. AlÃm disso, o mÃximo da distribuiÃÃo à deslocado para o azul, provavelmente em conseqÃÃncia da seleÃÃo de tubos de menor diÃmetro dentro do subconjunto estudado. A inserÃÃo de ZircÃnio (Zr) à segunda sÃrie nÃo trouxe mudanÃas significativas. Foram realizadas medidas de espalhamento Raman em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica em uma amostra comercial de SWNT. Como fluido transmissor foram utilizadas soluÃÃes de dois surfactantes: o dodecil sulfato de sÃdio (SDS) e o Ãcido plurÃnico F127 (F127). Devido à baixa relaÃÃo sinal-ruÃdo, nÃo foi possÃvel estudar o comportamento dos modos de respiraÃÃo radial (RBM), mas pela descontinuidade do grÃfico da freqÃÃncia em funÃÃo da pressÃo dos modos tangenciais em aproximadamente 2 GPa à provÃvel que os nanotubos sofram uma transiÃÃo de fase estrutural nessa pressÃo, com deformaÃÃo da seÃÃo circular dos tubos como predito por estudos teÃricos. Dois conjuntos de amostras contendo diferentes nÃveis de inserÃÃo de lÃtio tambÃm foram estudados por espectroscopia Raman. Cada conjunto era formado por uma amostra sem lÃtio, uma com lÃtio e a terceira com inserÃÃo parcial de lÃtio (obtida pela lavagem da amostra que contÃm lÃtio). Nos dois conjuntos a inserÃÃo foi eficiente, contudo o mecanismo de inserÃÃo à diferente de uma sÃrie para outra. Na primeira sÃrie o catalisador utilizado para a inserÃÃo de lÃtio foi LiNi0,5Co0,5O2. Com este composto o lÃtio à intercalado intersticialmente e pode ser removido quase que completamente pela lavagem da amostra. Jà na segunda sÃrie o composto utilizado foi LiCO3/NiO/CoO o que fez com que o lÃtio fosse intercalado dentro dos tubos de modo a nÃo ser removido pela lavagem da amostra. / This work describes polarized Raman scattering measurements in L-methionine and in DL-alanine (two amino acids) crystals and in several samples of single-walled carbon nanotubes (SWNT). In L-methionine crystal the Raman spectra were obtained from 17 K to 295 K in the spectral range from 50 cm-1 to 3100 cm-1, but no indication of a phase transition was observed. At room temperature, Raman scattering measurements were also performed for pressure up to 5 GPa. Several changes observed in the spectra were interpreted as due to structural phase transition undergone by L-methionine crystal at ~ 2.1 GPa. The results for decompression show that the phase transition is reversible with a hysteresis of ~ 0.8 GPa. In DL-alanine crystal the Raman spectra were obtained at temperatures from 15 K to 295 K over the spectral range 50 cm-1 - 3100 cm-1. No evidence of structural phase transition was found in this range of temperature, although information about diverse modes of the crystal were furnished. Samples of SWNTâs studied were prepared with metallic catalysts using the arc voltaic method. MnNiCo was the main compound of the first series and FeNiCo, the main compound of the second. In both sets it was observed that Cerium (Ce) insertion induces in the sub-set, probed with the 2.41 eV excitation energy, a narrowing of the diameter distribution favoring the tubes with smaller diameter. The Raman scattering measurements in a commercial sample of SWNTâs show a discontinuity at about 2 GPa. The discontinuity was represented by a changing in the slope of the frequency versus pressure for tangential modes. The measurement was performed twice, using two different solutions of surfactants, sodium dodecil sulfate (SDS) and plurocic acid F127 (F127), and the results were similar. The anomaly was interpreted as due to the deformation of the tubes as predicted theoretically. Two sets of three samples of SWNTâs containing different levels of lithium insertion were also analyzed by Raman spectroscopy. Each set of sample was formed by a sample with lithium, a sample without lithium and a sample with partial insertion of lithium. The results show that the lithium is efficiently intercalated with both lithium containing compound (LiCO3/NiO/CoO and LiNi0.5Co0.5O2), but the mechanism of intercalation differs from one to the other. The intercalation is unstable when lithium is intercalated interstitially (LiNi0.5Co0.5O2) and it can be removed almost completely by washing the sample, but if the lithium is intercalated inside the tubes (LiCO3/NiO/CoO) it can not be removed by the same process.

LIMA JÚNIOR, José Alves de. Espectroscopia Raman dos Aminoácidos L - metionina e DL - alanina e de Nanotubos de Carbono. 2008. 214 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Física, Centro de Ciências, Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-05-13T22:56:00Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_jalimajúnior.pdf: 3662330 bytes, checksum: ad8b8ed63bf2df476f4e050aae5f5d70 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-05-14T18:26:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_jalimajúnior.pdf: 3662330 bytes, checksum: ad8b8ed63bf2df476f4e050aae5f5d70 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-14T18:26:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_jalimajúnior.pdf: 3662330 bytes, checksum: ad8b8ed63bf2df476f4e050aae5f5d70 (MD5) Previous issue date: 2008 / This work describes polarized Raman scattering measurements in L-methionine and in DL-alanine (two amino acids) crystals and in several samples of single-walled carbon nanotubes (SWNT). In L-methionine crystal the Raman spectra were obtained from 17 K to 295 K in the spectral range from 50 cm-1 to 3100 cm-1, but no indication of a phase transition was observed. At room temperature, Raman scattering measurements were also performed for pressure up to 5 GPa. Several changes observed in the spectra were interpreted as due to structural phase transition undergone by L-methionine crystal at ~ 2.1 GPa. The results for decompression show that the phase transition is reversible with a hysteresis of ~ 0.8 GPa. In DL-alanine crystal the Raman spectra were obtained at temperatures from 15 K to 295 K over the spectral range 50 cm-1 - 3100 cm-1. No evidence of structural phase transition was found in this range of temperature, although information about diverse modes of the crystal were furnished. Samples of SWNT’s studied were prepared with metallic catalysts using the arc voltaic method. MnNiCo was the main compound of the first series and FeNiCo, the main compound of the second. In both sets it was observed that Cerium (Ce) insertion induces in the sub-set, probed with the 2.41 eV excitation energy, a narrowing of the diameter distribution favoring the tubes with smaller diameter. The Raman scattering measurements in a commercial sample of SWNT’s show a discontinuity at about 2 GPa. The discontinuity was represented by a changing in the slope of the frequency versus pressure for tangential modes. The measurement was performed twice, using two different solutions of surfactants, sodium dodecil sulfate (SDS) and plurocic acid F127 (F127), and the results were similar. The anomaly was interpreted as due to the deformation of the tubes as predicted theoretically. Two sets of three samples of SWNT’s containing different levels of lithium insertion were also analyzed by Raman spectroscopy. Each set of sample was formed by a sample with lithium, a sample without lithium and a sample with partial insertion of lithium. The results show that the lithium is efficiently intercalated with both lithium containing compound (LiCO3/NiO/CoO and LiNi0.5Co0.5O2), but the mechanism of intercalation differs from one to the other. The intercalation is unstable when lithium is intercalated interstitially (LiNi0.5Co0.5O2) and it can be removed almost completely by washing the sample, but if the lithium is intercalated inside the tubes (LiCO3/NiO/CoO) it can not be removed by the same process. / No presente trabalho foram realizadas medidas de espalhamento Raman polarizado em cristais de L-metionina e de DL-alanina (dois aminoácidos) e em diversas amostras de nanotubos de carbono de parede simples (SWNT). As medidas de espalhamento Raman em cristais de L-metionina foram realizadas no intervalo espectral entre 50 cm-1 e 3100 cm-1 desde a temperatura ambiente até a temperatura de 17 K. No intervalo de temperatura estudado a estrutura da L-metionina manteve-se estável. À temperatura ambiente também foram realizadas medidas Raman em altas pressões hidrostáticas. A máxima pressão atingida foi de 4,7 GPa e diversas modificações nos modos associados às unidades CO2, NH3, CC, CS, CH, CH2 e CH3 sugerem que a L-metionina sofre um transição estrutural de fase em torno de 2,1 GPa com histerese de aproximadamente 0,8 GPa. No cristal de DL-alanina foram realizadas medidas de espalhamento Raman no intervalo de temperatura de 15 K a 295 K. Embora nenhuma mudança significativa tenha sido observada neste intervalo de temperatura, os resultados são importantes para se entender o comportamento de uma molécula fundamental na constituição das proteínas. Medidas de espalhamento Raman em SWNT’s foram realizadas em amostras preparadas pela técnica de arco voltáico, utilizando-se vários catalisadores metálicos. As amostras foram divididas em duas séries: A primeira com os catalisadores à base de MnNiCo e a segunda à base de FeNiCo. Em ambas as séries observou-se que a inserção de Cério (Ce) foi responsável por tornar a distribuição de diâmetros do subconjunto ressonante com a energia 2,41 eV mais estreita. Além disso, o máximo da distribuição é deslocado para o azul, provavelmente em conseqüência da seleção de tubos de menor diâmetro dentro do subconjunto estudado. A inserção de Zircônio (Zr) à segunda série não trouxe mudanças significativas. Foram realizadas medidas de espalhamento Raman em função da pressão hidrostática em uma amostra comercial de SWNT. Como fluido transmissor foram utilizadas soluções de dois surfactantes: o dodecil sulfato de sódio (SDS) e o ácido plurônico F127 (F127). Devido à baixa relação sinal-ruído, não foi possível estudar o comportamento dos modos de respiração radial (RBM), mas pela descontinuidade do gráfico da freqüência em função da pressão dos modos tangenciais em aproximadamente 2 GPa é provável que os nanotubos sofram uma transição de fase estrutural nessa pressão, com deformação da seção circular dos tubos como predito por estudos teóricos. Dois conjuntos de amostras contendo diferentes níveis de inserção de lítio também foram estudados por espectroscopia Raman. Cada conjunto era formado por uma amostra sem lítio, uma com lítio e a terceira com inserção parcial de lítio (obtida pela lavagem da amostra que contém lítio). Nos dois conjuntos a inserção foi eficiente, contudo o mecanismo de inserção é diferente de uma série para outra. Na primeira série o catalisador utilizado para a inserção de lítio foi LiNi0,5Co0,5O2. Com este composto o lítio é intercalado intersticialmente e pode ser removido quase que completamente pela lavagem da amostra. Já na segunda série o composto utilizado foi LiCO3/NiO/CoO o que fez com que o lítio fosse intercalado dentro dos tubos de modo a não ser removido pela lavagem da amostra.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-09T12:29:52Z No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 2214371 bytes, checksum: 63b390c0d1258662578ebfbb5c79419b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T20:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 2214371 bytes, checksum: 63b390c0d1258662578ebfbb5c79419b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T20:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 2214371 bytes, checksum: 63b390c0d1258662578ebfbb5c79419b (MD5) Previous issue date: 2016-09-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O espalhamento inelástico de luz tem sido extensivamente utilizado no estudo de materiais semicondutores e se tornou uma técnica indispensável para o entendimento de processos físicos fundamentais. Os efeitos das interações em sistemas eletrônicos quantizados como o gás de elétrons bidimensional foram investigados por meio do espalhamento inelástico de luz, o qual permite entender a natureza das excitações coletivas que são conhecidas como excitações de densidade de carga (CDE) e excitações de densidade de spin (SDE). CDE são oscilações plasmônicas resultantes do acoplamento entre as flutuações de carga via interações de Coulomb e correlação e troca, enquanto SDE ocorrem apenas em decorrência da presença dos efeitos de correlação e troca. CDE são ativas quando a energia do laser é ressonante com o gap óptico do semicondutor (regime de ressonância próxima) e as polarizações da luz incidente e espalhada são paralelas entre si. SDE é também ativa em condições de ressonância próxima e possui polarizações da luz incidente e espalhada perpendiculares entre si. Todavia, tal cenário rompe quando a luz do laser coincide com as energia das transições interbandas do material (regime de ressonância extrema). Em adição as excitações coletivas emergem transições anômalas de gás de elétrons tipo não interagente conhecidas como excitações de partícula independente (SPE). A física envolvida em tais transições ainda parece não ser completamente entendida. Neste trabalho, são apresentados resultados experimentais e teóricos via espalhamento Raman eletrônico oriundos de gás de elétrons bidimensional realizados a partir de poços quânticos simples com o intuito de compreender a natureza das excitações de partícula independente. A medida experimental e os cálculos presentes na tese consistem de um poço quântico simples de 250Å de GaAs (arseneto de gálio) com dopagem modular e densidade eletrônica total de 8.81 x 1011cm-2. Também foi considerado o acoplamento das flutuações de densidade de carga com o fônon óptico longitudinal do GaAs. Em adição, é realizado um cálculo teórico de uma estrutura de poço quântico simples considerado estreito de 100Å de GaAs com dopagem modular e densidade eletrônica total de 1.2 x 1012cm-2. Portanto, o objetivo deste trabalho é mostrar em um caminho claro e transparente a situação física da existência das excitações eletrônicas em gás de elétrons. O trabalho mostrou que, no regime de extrema ressonância, as oscilações de plasma se dividem em duas contribuições: um conjunto de excitações coletivas renormalizadas (plasmons) e transições eletrônicas não renormalizadas (SPE). A fim de alcançar esse propósito, o trabalho evidenciou que o espalhamento Raman eletrônico pertence a uma mesma classe de problemas como o oscilador harmônico amortecido, acoplado e forçado assim como o estado supercondutor na teoria BCS de metais normais. A comparação entre os dados experimentais e teóricos mostrou um excelente acordo. / The inelastic light scattering has been widely used in the study of the semiconductor materials and it has become an indispensable technique for the understanding of fundamental physical processes. The effects of the electronic interactions on quantized electronic systems as two-dimensional electron gas are investigated through means of Raman scattering which allows understand the nature of collective excitations which are known as charge density excitations (CDE) and spin density excitations (SDE). CDE are plasmonic oscillations arising from the coupling between charge fluctuations via Coulombian and exchange-correlation interactions while SDE occur only when exchange-correlation effects are present. CDE is active when the laser energy is resonant with a semiconductor optical gap (near resonance regime) and the incoming and outgoing light polarizations are parallel to each other and SDE has incoming and outgoing light polarizations perpendicular to each other. Nevertheless, such a picture breaks down when the laser matches interband transitions energies of the material (extreme resonance regime). In addition to the collective excitations emerge anomalous transitions of the electron gas noninteracting-like known as single-particle excitations (SPE). The physics of such transitions is still not completely understood. In this work, were present experimental and theoretical results via electronic Raman scattering originating from the two-dimensional electron gas carried out from single quantum wells with the aim of understand the nature of the single-particle excitations. The experimental measures and calculations present in the thesis consists of the GaAs (gallium arsenide) single quantum well of a 250Å wide with modulation-doped and total electronic density of 8.81 x 1011cm2. It was also considered the coupling of the charge fluctuations with the longitudinal optical phonon of GaAs. In addition, it is performed a theoretical calculation of a structure of the GaAs single quantum well considered narrow of a 100Å wide with modulation-doped and and total electronic density of 1.2 x 1012cm2. However, the goal of this work is to show in a clear and transparent way the physical situation of the existence of electronic excitaions in electron gas. The work showed that, in extreme resonance regime, the plasma oscillations splits into two contributions: a set of renormalized collective excitations (plasmons) and unrenormalized electronic transitions (SPE). In order to accomplish this purpose, the study showed that electronic Raman scattering belongs to the same class of problems such as a set of forced, coupled and damped harmonic oscillators or formation of the superconducting state in BCS theory of normal metals. Comparison between experiment and theory shows an excellent agreement.

Orientador: Carlos Lenz César / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-01T03:43:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelegati_VitorBianchin_D.pdf: 6822381 bytes, checksum: 86749ce34dc184aeb7ed4b4ee47d70b3 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Técnicas de microscopias ópticas são as principais ferramentas capazes de observar células e tecidos biológicos em tempo real e com mínimo dano. Essa área foi revolucionada recentemente através das microscopias confocais de varredura a laser e as microscopias de óptica não linear, naturalmente confocais. Entre os processos não lineares temos, a fluorescência excitada por dois ou mais fótons, geração de segundo harmônico [Second Harmonic Generation - SHG] e terceiro harmônico [Third Harmonic Generation - THG]. SHG e THG são técnicas de óptica não linear coerentes, não necessitam de marcadores exógenos e permitem reconstrução de imagens em três dimensões com resolução espacial subcelular. As técnicas de fluorescência permitem visualizar estruturas específicas no espaço, mas não permitem discriminar as substâncias químicas nas estruturas celulares, e as técnicas de SHG e THG não possuem especificidade química. Espectroscopia Raman possui especificidade química através das propriedades vibracionais das moléculas e pode ser usada como mecanismo de contraste na aquisição de imagens. Comparada com a espectroscopia/microscopia infravermelho, a microscopia Raman traz a informação das vibrações moleculares do infravermelho para o visível, eliminando os problemas da baixa resolução espacial e opacidade das amostras. Entretanto a baixa sensibilidade dessa técnica implica em tempos de aquisição de imagens muito longos, da ordem de horas, inviabilizando acompanhar a dinâmica de processos celulares em tempo real. Como solução para essa baixa sensibilidade do espalhamento Raman espontâneo, surgiu a microscopia por espalhamento Raman Coerente anti-Stokes [Coherent Anti-Stokes Raman Scattering - CARS]. Comparado com Raman espontâneo, a microscopia CARS representa aumento de 4 a 5 ordens de grandeza na sensitividade da técnica, diminuindo os tempos de aquisição ao ponto de viabilizar a aquisição em taxas de vídeos (mais rápido do que 30 quadros por segundo) e estudos em tempo real. Essa tese é dedicada ao estudo experimental e teórico, assim como de algumas aplicações, das técnicas de óptica não linear, com destaque para processos de óptica não linear coerentes. Apresentamos de forma detalhada três sistemas experimentais para a aquisição de imagens de Raman coerente e um sistema integrado com várias técnicas de óptica não linear. Mostramos as primeiras imagens de CARS realizadas no Brasil. Além do CARS convencional, trabalhamos com outra técnica de CARS de ordem mais alta, o CARS cascata [cascade CARS - CCARS], e, no melhor do nosso conhecimento, apresentamos as primeiras imagens internacionais obtidas com essa metodologia. CCARS aumenta o contraste da técnica CARS, diminuindo o fundo não ressonante, um problema que aflige a comunidade científica dedicada ao uso dessa técnica. Além da diminuição do fundo não ressonante, a emissão do CCARS acontece em um comprimento de onda diferente de qualquer outro efeito não linear coerente, significando um acréscimo de complexidade mínimo para sua detecção quando comparado com o CARS. Por último mostramos algumas aplicações realizadas com o sistema experimental desenvolvido para integrar diversas modalidades ópticas em paralelo, especialmente da geração de harmônicos com a fluorescência excitada por dois fótons e suas variantes, como microscopia de tempo de vida de fluorescência (Fluorescence Lifetime Imaging ¿ FLIM) / Abstract: Optical microscopies techniques are the main tools capable of observing cell and biological tissues in real time and with minimum damage. This area have recently been revolutionized by confocal laser scanning microscopies and non-linear microscopies, naturally confocal. Among the non-linear process we have, the two or more photons excited fluorescence, second harmonic generation [SHG] and third harmonic generation [THG]. SHG and THG are coherent nonlinear techniques, they do not require exogenous markers and allow three dimension imaging reconstruction with subcellular resolution. The fluorescence techniques allow visualizing specific structures in space, but do not allow discriminating the chemical substances in cellular structures, SHG and THG techniques do not have chemical specificity. Raman spectroscopy has chemical specificity through the vibrational properties of the molecules and can be used as a contrast mechanism for imaging acquisition. Compared to infrared spectroscopy/microscopy, Raman microscopy brings information about molecular vibration from infrared to visible, eliminating the low resolution and sample opacity problems. However, this technique low sensibility implies in very long imaging acquisition times, order of hours, making it not viable for following cellular process dynamics in real time. As an answer for the spontaneous Raman scattering low sensibility, the coherent anti-Stokes Raman scattering [CARS] emerged. Compared to spontaneous Raman, CARS microscopy presents an increase of 4 to 5 orders of magnitude in the sensitivity of the technique, lowering the acquisition times to the point of making video acquisition (faster than 30 frames per second) and real time studies possible. This thesis is dedicated to the experimental and theoretical study, as well as some applications, of the non-linear techniques, with emphasis on coherent non-linear optical processes. We present in detailed form three experimental systems for the acquisition of coherent Raman images, and a system with the integration of various non-linear techniques. We show the first CARS images acquired in Brazil. In addition to conventional CARS, we worked with other higher order CARS technique, the cascade CARS [CCARS], and, in the best of our knowledge, we present the first international image acquired with this methodology. CCARS increases the contrast from CARS technique, decreasing the non-resonant background, a problem that afflicts the scientific community dedicated to the use of this technique. Besides the decrease of the non-resonant background, the CCARS emission occurs in a different wavelength from any other non-linear coherent effect, meaning a minimum complexity increase for its detection when compared with CARS. Finally we show some applications performed with the experimental system developed to integrate several optical modalities in parallel, especially the generation of harmonics with two photons excitation fluorescence and their variants such as Fluorescence Lifetime Imaging [FLIM] / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 830406/2010 / CAPES

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

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a determinação matemática dos valores da dispersão cromática total, do zero de dispersão distribuído e efeitos não lineares em fibras ópticas de dispersão deslocada (DS). Uma metodologia para caracterização das dispersões cromáticas e para os zeros de dispersão local das fibras estudadas é elaborada com a utilização do modelo de fibra degrau equivalente e de aproximações entre as fibras ópticas dos enlaces trabalhados. A relação entre o diâmetro do campo modal e o zero de dispersão cromática distribuído segundo A. Rossaro [6] é discutida e comprovada através da realização de uma série de medidas práticas para a determinação dos efeitos não lineares das fibras de dispersão deslocada dos enlaces da Petrobrás. O objetivo deste trabalho é analisar estes efeitos prejudiciais a transmissão de sinais ópticos de alta velocidade apresentados nos cabos submarinos da Petrobrás entre o Porto de Imbetiba e as plataformas de Pargo I e Pampo I na Bacia de Campos, analisando os resultados obtidos e caracterizando as possibilidades de upgrade destes enlaces. / [en] This work presents a study on the mathematical determination of the total chromatic dispersion, zero dispersion wavelength and nonlinear optical effects in dispersion shifted (DS) fiber optic system. A methodology to determine the chromatic dispersion and zero dispersion wavelength is proposed using the equivalent step index model and the similarity of the total chromatic dispersion measured in fibers of the links under study. The relationship between the mode field diameter and the zero dispersion wavelength according to A. Rossaro [6] is discussed and proven with a series of practical measurements for the determination of the nonlinear effects of the dispersion shifted optical fibers of Petrobras links Imbetiba - Pargo and Imbetiba - Pampo of the Campos Basin. / [es] En este trabajo se presenta un estudio sobre la determinación matemática de los valores de dispersión cromática total, del cero de dispersión distribuido y los efectos no lineales en fibras ópticas de dispersión desplazada (DS). Se elabora una metodología para la caracterización de las dispersiones cromáticas y para los ceros de dispersión local de las fibras estudiadas; utililizando el modelo de fibra escalón equivalente y de aproximaciones entre las fibras ópticas de los enlace. Se discute la relación entre el diámetro del campo modal y el cero de dispersión cromática distribuido según A. Rosaro [6] se comprueba a través de la realización de una serie de medidas prácticas para la determinación de los efectos no lineales de las fibras de dispersión desplazada de los enlaces de la Petrobrás. EL objetivo de este trabajo es analizar los efectos perjudiciales a la transmisión de señales ópticos de alta velocidad que se presentan en los cables submarinos de la Petrobrás entre el Puerto de Imbetiba y las plataformas de Pargo I y Pampo I en la Bacia de Campos, analizando los resultados obtenidos y caracterizando las posibilidades de upgrade de estos enlaces.