Propomos um esquema inovador para o teletransporte em variáveis contínuas usando um OPO, oscilador paramétrico ótico, como fonte de estados emaranhados e desenvolvemos a instrumentação necessária para implementá-lo. O OPO é utilizado em um regime de operação onde dois feixes de comprimentos de onda distintos são produzidos, o que permitirá que o estado de uma dada cor seja aniquilado e que sua recriação seja em uma cor diferente. A realização dessa proposta permite teletransportar estados quânticos da luz entre cores distintas do espectro eletromagnético. Devido a sintonizabilidade do OPO, será possível a comunicação quântica entre diferentes tipos de sistemas que servirão como elementos de processamento na manipulação da informação quântica. A fidelidade deste processo é tanto maior quanto maior for o emaranhamento do par empregado, dessa forma, o maior desafio para a realização do teletransporte é justamente a construção de um canal quântico com o maior nível de emaranhamento possível experimentalmente. Várias tentativas de construção do canal quântico foram feitas, porém nenhuma delas apresentou-se, até o momento, adequada para a realização com sucesso do protocolo. Em uma das tentativas, um OPO duplamente ressonante, alcançou-se uma compressão de ruído de intensidade, nunca antes medida na história do nosso laboratório, porém o excesso de ruído de fase medido, originado do laser, degradou o emaranhamento, impossibilitando o prosseguimento da montagem. Atualmente, estamos investindo em um OPO triplamente ressonante como provável canal quântico do nosso protocolo. Medidas preliminares de emaranhamento desse novo OPO foram realizadas, entretanto ainda não se mostrou suficiente para o teletransporte. / This work has aimed to implement and develop the instrumentation needed in an innovative approach of the teleportation in continuous variables using an OPO, optical parametric oscillator, as source of entangled states. OPO is used in a type of operation where two intense beams of different wavelengths are produced. It allows that the state of a given color is annihilated and reconstructed in a different color. The realization of the bicolor teleportation will make possible the interaction of fields with other entanglement experiments such atoms that operate at different frequencies. Due to the tunable OPO, quantum communication between different types of systems, which serve as processing elements in the manipulation of quantum information, will be possible. The protocol\'s fidelity depends on the level of entanglement between the beams so the greatest challenge of our set up is the construction of a quantum channel with the highest level of entanglement experimentally achieved. Several attempts of quantum channel were constructed, but none of them appeared suitable for carrying out successfully the protocol. In one of the attempts, a doubly resonant OPO reached a intensity noise compression that has never been measured in the history of our laboratory but the excess phase noise measured, originated from the commercial laser, degraded entanglement and prevented the continuation of the set up. We are working now with a triply resonant OPO as a probable quantum channel of the protocol. Preliminary measurements of entanglement of this new OPO were done, although it still was not enough to implement teleportation.

No presente trabalho foram feitos estudos das propriedades de decaimento eletromagnético do par de núcleos espelho mais pesado conhecido atualmente: 67As e 67Se. Esses núcleos foram produzidos através da reação de fusão-evaporação 32S+40Ca, com energia de feixe Ef = 90MeV. O experimento foi realizado nos Laboratórios Nacionais de Argonne, com o feixe fornecido pelo acelerador ATLAS. Os raios gama emitidos do decaimento dos núcleos residuais foram observados utilizando o espectrômetro de raios gama Gammasphere, em conjunto com o sistema de detecção de partículas carregadas Microball e o sistema de detecção de nêutrons Neutron Shell. Os esquemas de níveis obtidos mostraram-se bastante similares como é de se esperar para um par de núcleos espelho, e caracterizados por fortes transições dipolares elétricas E1 na desexcitação na sequência principal. No caso do núcleo de 67As, foram acrescentadas cinco transições gama e dois estados excitados ao esquema de níveis já conhecido. As multipolaridades de todas as transições novas foram determinadas através da técnica de análise ADO. O esquema de níveis do núcleo de 67Se foi ampliado até o momento angular (25/2+), a 5.560(1) MeV. Foram acrescentadas doze transições e oito estados excitados ao esquema de níveis já conhecido. As multipolaridades das transições já conhecidas foram determinadas e, das transições inseridas no esquema de níveis deste núcleo, cinco tiveram suas multipolaridades determinadas também pela técnica ADO. Do ponto de vista teórico, foram realizados cálculos de Modelo de Camadas em Larga Escala, utilizando o código Antoine, com diferentes interações residuais (KB3G, GXPF1 e fpg). Para a descrição dos estados de paridade positiva, foi utilizada a interação residual fpg, que permite a excitação de núcleons de valência até o orbital g9/2. Esta interação não prevê interação coulombiana entre os núcleons, e desta forma, os cálculos realizados para um par de núcleos espelho, apresenta resultados idênticos. Os cálculos realizados com a interação fpg para os estados de paridade positiva dos núcleos espelho de 67As e 67Se mostraram-se em bom acordo com os resultados experimentais, descrevendo as energias dos estados excitados de ambos os núcleos, com uma diferença máxima, em energia, de 500 keV. Diferenças observadas nas intensidades das transições dipolares magnéticas, M1, que depopulam os estados análogos 19/2(+), dos núcleos de 67As e 67Se foram discutidas em termos da contribuição dos termos isoescalar e isovetorial no operador de transição M1, e sustentam a hipótese de conservação na simetria de isospin. Para o estudo dos estados de paridade negativa, foram utilizadas duas interações residuais, levando em consideração a interação coulombiana entre os núcleons de valência: KB3G e GXPF1, ambas permitindo a descrição teórica de núcleos com núcleons de valência na camada pf . Ambas intera ções reproduziram razoavelmente bem as energias dos estados de paridade negativa para ambos os núcleos. A interação KB3G, entretanto, inverteu os momentos angulares do estado fundamental e do primeiro estado excitado do núcleo de 67As, enquanto a interação GXPF1, reproduziu bem a ordem dos momentos angulares dos estados de paridade negativa. A análise da diferença das energias dos estados análogos (MED) foi feita com a introdução de termos de correção nas energias de partícula única devido à interação órbita-órbita (Ell ) e spin-órbita (Els ), além de uma estimativa de um termo de quebra de simetria de isospin (VB). Os resultados mostraram que a introdução dos termos de correção propostos não permitiu reproduzir completamente os resultados experimentais, indicando que as estimativas teóricas devem ser melhoradas para essa região de massa. Foi observado que as transições E1, análogas, de 319 keV, proveniente do núcleo de 67As, e de 304 keV, proveniente do núcleo de 67Se, apresentaram intensidades bastante distintas, a saber: B(E1)319 keV = 8.6(6) × 106 u.W., e B(E1)319 keV = 2.6(8) × 106 u.W. Além deste resultado, os estados análogos 7/22 , populados por essas transições, foram os únicos a apresentar um pequeno desvio na descrição de suas funções de onda. Os resultados foram discutidos em termos de uma possível quebra de simetria de isospin. / In the present work the electromagnetic decay properties of the mirror pair 67As and 67Se are investigated. The experiment was performed in the Argonne National Laboratory, and these nuclei were produced through the fusion-evaporation reaction 32S +40 Ca, with a 90 MeV beam provided by the ATLAS accelerator. The gamma rays emitted by the residual nuclei were observed using the Gammasphere spectrometer, with 72 HPGe detectors, and its ancillary system composed of the Microball and Neutron Shell systems, for charged particle and neutron detection, respectively. The obtained level schemes are very similiar, as expected for mirror nuclei, and characterized by strong E1 transitions in the main sequencies. Five new transitions and two new excited states were added to the already known 67As level scheme, and in the case of the 67Se nucleus, the level scheme was extended up to 5.56 MeV, and twelve new transitions and eight new excited states were added to the previously known level scheme. The multipolarities were obtained by ADO analysis, taking into account the geometry of the Gammasphere spectrometer. In the theoretical point of view, Large Scale Shell Model calculations were performed, using KB3G and GXPF1 residual interactions for the natural parity states description, including electromagnetic interactions among the valence nucleons. The fpg residual interaction, with no electromagnetic interaction among the valence nucleons, was used for the positive parity description. Diferences in the analogue states energies were discussed using arguments based on the role of the isospin quantum number in the electromagnetic decay properties. The GXPF1 residual interaction provided a better description of the nuclear states, and was assumed as the best theoretical description provider for the nuclear states of the mirror pair 67As and 67Se. The mirror energies dierences were investigated including the orbit-orbit (Ell ) and the spin-orbit (Els) corrections to the single particle energies, and an estimative of an isospin non-conserving term (VB). The results showed that the proposed corrections do not describe completely the mirror energy diferences of the natural parity states, for this mirror pair, which is the heaviest mirror pair known nowadays, indicating that improvements in the residual interactions are highly desirable for this mass region. There was observed diferences in the strengths of the 319 and 304 keV transitions, that depopulate the 9/2+ analogue states of the 67As and 67Se respectively, being B(E1)319 keV = 8.6(6) × 106 u.W., and B(E1)319 keV = 2.6(8) × 106 u.W. The diferences were discussed in terms of a possible charge symmetry breaking, supported by the theoretical results, that showed a slight diference in the wavefunctions, described by the occupation numbers, of the analogue states populated by these transitions.

Construímos uma armadilha magneto-ótica (MOT) para átomos de rubídio visando o seu aprisionamento em um potencial periódico formado por feixes de luz (rede ótica) e a realização de experimentos em física atômica, com possíveis aplicações no campo da informação quântica. A necessidade de uma MOT vem dos problemas que o movimento térmico dos átomos impõem à realização de medidas precisas. Neste arranjo, combina-se a pressão de radiação de feixes laser com o efeito do campo magnético para resfriar e aprisionar átomos neutros. Durante a execução deste projeto, construímos os lasers e o sistema eletrônico de controle de frequência, intensidade e temperatura; montamos o sistema de bombeamento de vácuo e a câmara de vácuo onde é feito o aprisionamento; fizemos os arranjos para caracterizar a MOT, usando programas de computador para capturar e analisar as medidas. Caracterizamos a nuvem de átomos frios obtida, estimamos o número de átomos aprisionados, o tempo de carregamento e a temperatura da nuvem. / We built a magneto-optical trap (MOT) for rubidium as a first step for the trapping of a cloud of cold atoms in a periodic potential formed by light beams. This system will be used for experiments in atom physics, with possible applications in quantum information. A MOT is necessary to avoid the problems imposed by the thermal agitation of the atoms to the measurement of their properties. In this configuration, we combine the radiative pressure of laser beam with the effect of a magnetic field to cool and trap neutral atoms. During the execution of this project, we built the lasers and the electronic system for their control of frequency, intensity and temperature. We also built the system for vacuum pumping and the vacuum chamber for the trapping, as well as the setup for the MOT characterization, with computer programs for capture and analyze the measurements. We characterize the cold atoms cloud, measuring the number of trapped atoms, their loading time in the MOT and their temperature.

O trabalho apresentado nesta dissertação foi motivado essencialmente pelo projeto de construção de um novo instrumento a ser instalado no telescópio SOAR, no Chile. Este instrumento, chamado de \\textit{Brazilian Tunable Filter Imager} - BTFI, conta com várias novidades dentro da área de instrumentação astronômica. Uma delas envolve a utilização de duas redes de difração em série de modo a atuarem como um filtro espectral com uma resolução mais baixa. Aqui é mostrado o estudo realizado envolvendo dois diferentes modelos encontrados na literatura para simular numericamente a eficiência destas redes. Com estas simulações foi possível escolher um conjunto de redes a serem utilizadas no instrumento visando cobrir todo o espectro óptico com diferentes resoluções espectrais. Outra ferramenta estudada foi o filtro espectral do tipo Fabry-Pérot. Partindo de uma revisão teórica de interferência de raios múltiplos, apresenta-se também algumas características encontradas nos cubos de dados obtidos ao fazer uso de filtros deste tipo. Por fim, é descrito o software que foi criado buscando fornecer cubos de dados sintéticos para o desenvolvimento de novos pacotes numéricos para trabalhar com dados obtidos com um interferômetro Fabry-Pérot, além de auxiliar na compreensão de obtenção destes cubos. / The work presented in this dissertation was motivated primarily by the construction project of a new instrument to be installed on the SOAR telescope in Chile. This instrument, called \\textit {Brazilian Tunable Filter Imager} - BTFI, features several innovations within the area of astronomical instrumentation. One of them involves the use of two diffraction gratings in series in order to act as a spectral filter with a lower resolution. It is shown here the study involving two different models found in the literature to simulate the efficiency of these gratings. With these simulations it was possible to choose a set of gratings to be used in the instrument in order to cover the entire optical spectrum with different spectral resolutions. Another tool studied was the filter spectral type Fabry-Pérot. Starting from a theoretical review of interference of multiple beams, it is presented some features found in the data cubes obtained by making use of filters of this type. Finally, we describe the software that was created to provide synthetic data cubes for developing new packages for working with numerical data obtained with a Fabry-Perot interferometer, in addition to helping to raise understanding of these cubes.

Neste trabalho é apresentado o protótipo de um detector a gás sensível à posição em duas dimensões para aplicação com experimentos de espalhamento e difração de raios X. Partiu-se de um detector inicialmente desenvolvido para outras aplicações e mostrou-se as modificações necessárias no conceito original do dispositivo. As estratégias adotadas para determinar as adaptações essenciais foram: pesquisar na literatura sobre as características de um detector multifilar para raios X (escolha do gás, da pressão, da janela, etc.), uso de simulações, implementação das mudanças e realização de testes. Ferramentas computacionais foram usadas para estimar a resistência mecânica e a atenuação de fótons de raios X que ajudaram na determinação do material para a construção da janela de entrada. Simulações do detector foram construídas com o programa Garfield e serviram para o estudo do funcionamento do detector, além de determinar os parâmetros ótimos de operação do equipamento, como a distância entre os fios e diâmetro dos mesmos, além da diferença de potencial a ser aplicada, entre muitos outros parâmetros. Os resultados obtidos mostraram que o conceito do detector multifilar com as devidas adaptações permitem o funcionamento desse dispositivo para detecção de raios X. No entanto, dependendo da aplicação, pode ser necessário aprimorar a resolução do equipamento, a fim de ter uma melhor descrição dos dados coletados. São apontadas algumas ideias para esse aprimoramento. Apresentam-se também resultados interessantes obtidos com um detector de padrão microscópico chamado de triplo GEM. Esse dispositivo pertence ao laboratório de desenvolvimento de detectores a gás (GDD Group) do CERN e foi utilizado em um trabalho nessa instituição. Os resultados mostraram o potencial do equipamento para detecção de raios X. Os resultados e simulações apresentadas nesse trabalho confirmaram que as mudanças no conceito original do detector permitem seu uso na detecção de raios X. Além disso, foi possível obter várias indicações para uma maior otimização, que pode melhorar sua resolução e estabilidade. O conhecimento adquirido sobre o programa Garfield é fundamental nesse processo, uma vez que é possível propor mudanças e testá-las no computador. Essas melhorias podem ser empregadas em uma nova versão desse detector que será construído nos laboratórios do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP). Pode-se indicar ainda a possibilidade do uso de detectores GEM aplicados aos experimentos de espalhamento e difração de raios X. É necessário ressaltar que o grupo de Suaide et al. do departamento de Física Nuclear do IFUSP já trabalha com a tecnologia GEM, porém focada em outras aplicações. / This work presents the prototype of a 2D position sensitive gas detector for application in X-ray scattering and diffraction experiments. Starting from a detector initially developed for other applications and will show the required changes on the original concept of this device. The strategy used to determine the necessary adaptations were based on searching in the literature for the overall characteristics of a multi-wire X-ray detector (choice of gas, pressure, window, etc.), the use of simulations, implementation of the changes and finally operational tests. Computational tools were used to calculate the mechanical strength and attenuation of the X-ray photons that helped to determine the most appropriate material for the construction of the entrance window. Detector simulations were built with Garfield software and were used to study the overall properties of the detector, and to determine the optimum parameters for the equipment operation. Typical parameters are the distance between the wires, wire diameter, high voltage to be used, among several other parameters. The results obtained showed that the multi-wire detector concept with the implemented adaptations allowed the detection of X-rays. However, depending on the application, it may be necessary improve the resolution of the equipment, in order to have a better description of the collected data. Several ideas are suggested for this improvement. It is also presented interesting results obtained with a microscopic pattern detector called triple GEM. This device belongs to the Gas Detectors Development group (GDD group) at CERN and was used in my training at this institution. The results showed the potential of the equipment for detection of X-rays. The results and simulations presented in this work, confirmed that the changes in the concept of the original detector permitted it use on X-ray detection applications. Also, it was possible to obtain several indications for further optimization, which may improve its resolution and stability. The acquired knowledge on the software Garfield is essential on this process since it is possible to propose changes and test it in the computer. Such improvements may be use in a new version of this detector which will be built at the laboratories of the Institute of Physics (University of São Paulo - IFUSP). We also indicate the possibility of use of GEM detectors for X-ray scattering and diffraction experiments. It is necessary to emphasize that the group of Professor Alexandre Suaide and collaborators at Nuclear Physics department (IFUSP) already work with the GEM technology, but focused on other applications.

Foram determinadas de maneira absoluta seções de choque duplamente diferenciais de produção de bremsstrahlung, para elétrons com energia cinética de 20, 50, 75 e 100~keV, nos elementos C, Al, Ag, Te, Ta e Au, e nos ângulos de emissão dos fótons $35^{\\mathrm}$, $90^{\\mathrm}$ e $131^{\\mathrm}$. As medidas foram realizadas na linha de feixe de baixa energia do Acelerador Microtron, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, em um arranjo que contou com três detetores de Ge hiperpuro, dois planares e um coaxial. Os alvos finos foram confeccionados pela técnica de deposição física de vapores, enquanto suas espessuras foram caracterizadas a partir da espectrometria de retroespalhamento de Rutherford. Foi desenvolvido um modelo analítico para descrever a função reposta de detetores de Ge, que permitiu a deconvolução dos espectros de bremsstrahlung entre os 12~keV e o ponto de máxima transferência de energia, com uma resolução de 1~keV. As seções de choque obtidas apresentam uma incerteza relativa entre 3\\% e 5\\%, e foram comparadas com os cálculos teóricos que constituem o estado da arte na temática, e com os poucos dados experimentais encontrados na literatura. / Bremsstrahlung doubly dierential cross sections were absolutely determined for electrons with kinetic energies of 20, 50, 75 and 100 keV, in the elements C, Al, Ag, Te, Ta e Au, and the photon emission angles of 35o, 90o and 131o. The measurements were performed at the low energy beam line of the S~ao Paulo Microtron Accelerator, using three high purity Ge detectors: two planar and one coaxial. Thin targets were obtained by the Physical Vapor Deposition technique, and their thicknesses were characterized through Rutherford Backscattering Spectroscopy. An analytical model was developed to describe the response function of Ge detectors, which allowed to unfold the bremsstrahlung spectra between 12 keV and the maximum energy transfer point, with an energetic resolution of 1 keV. The obtained cross sections present relative uncertainties between 3% and 5%. These results were compared with the higher accurate theoretical calculations and also with the experimental reports found in literature.

Os objetivos da tese são, investigar (i) as estruturas terciária e quaternária de diversas proteínas em solução e (ii) as mudanças conformacionais de proteínas induzidas por ligantes e/ou temperatura, variando-se a concentração dos mesmos, etc. A principal técnica utilizada foi a de espalhamento de raios X a baixos ângulos (no inglês SAXS de mall-angle X-ray scattering), associada a outras metodologias como cristalografia e modelagem de proteínas. As contribuições dos estudos realizados de várias proteínas de interesse científico foram as seguintes: (i) propôs-se pela primeira vez um modelo de um receptor nuclear (RXR) composto por dois domínios, um de ligação ao ligante e outro ao DNA; (ii) elucidou-se o estado configuracional da fosfo-enol-piruvato carboxoquinase em solução; (iii) foi determinado o efeito de agregação e mudança conformacional induzido por ligantesna isoenzima fosfofrutoquinase e (iv) determinou-se a estrutura em solução da interleucina humana 22 e propôs-se modelos de interação com seus receptores. Além disso, (i) foi desenvolvido um método para determinar o estado oligomérico de uma proteína em solução, em quaisquer condições de tampão e concentração, utilizando medidas de SAXS em escala relativa, e (ii) mostrou-se que a densidade das proteínas é uma função do seu peso molecular, contrariando conceitos clássicos, tendo as proteínas pequenas (< 20kDa) uma densidade mais elevada que as maiores. / The purpose of this thesis is to investigate (I) the tertiary and quaternary structure of several proteins in solution and (II) conformational changed that such proteins undergo when they bind to ligands or temperature, pH, etc. conditions are varied. The main experimental technique utilized in this study was Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) associated to other techniques and approaches like protein crystallography and homology modeling. The main contributions related to this work are: (i) for the first time a model for a nuclear receptor (RXR) containing two domains was proposed, one DNA binding domain and one ligand binding domain; (ii) the oligomeric state of the phosphor-enol-pyruvate caboxykynase in solution was detennined; (iii) the conformation changed induced by ligants to the isoenzyme phosphofructokinase was determined and (iv) the solution structure of human interleukin revealed and a model with its receptor proposed. Additionally, (i) a method for determining the oligomeric state of a protein in solution under any buffer conditions and concentration using SAXS in relative scale is proposed and (ii) it was also shown that proteins density is a molecular weight dependent function, where small proteins with less than 20kDa have in average a larger density than bigger ones.

O estudo do espectro de raios X é importante para predizer a qualidade da imagem em sistemas radiográficos. Nesse trabalho usamos um detector semicondutor CdTe para medir os espectros de raios X na faixa de 25 a 120 kVp. Esse detector é pequeno e fácil de ser transportado. As medidas feitas diretamente do tubo de raios X não são aconselháveis devido à alta taxa de fluência que estão acima dos limites de detecção dos detectores usuais e podem causar armadilhamento de carga no detector CdTe. A alternativa é medir os fótons espalhados a 900 a partir de um pequeno objeto espalhador, no nosso caso um cilindro de lucite (PMMA). A partir do espectro espalhado, corrigido para tempo morto e eficiência, e calibrado em energia, efetuamos correções para o ângulo de espalhamento e espalhamento coerente (somente para baixas energias). Só então formalismo de Klein-Nishina para as seções de choque do efeito Compton é aplicado aos espectros, resultando nos espectros primários. Para energia de 120 kVp foi medido um espectro do feixe direto e comparado com o obtido através do espectro espalhado para mesma energia. Para o mesmo feixe, a camada semi-redutora foi avaliada experimentalmente e com o espectro obtido por espalhamento Compton, obtendo-se boa concordância. Observamos na curva de eficiência uma descontinuidade, prevista teoricamente e também observada por outros autores, que deforma o espectro corrigido. Foi aplicado um ajuste polinomial a essa curva, suavizando os espectros obtidos e não alterando sua forma. Os resultados foram satisfatórios e validaram o formalismo apresentado por outros autores, utilizando detectores distintos. / The analysis of x-ray spectra is important to predict image quality in radiographic systems. In this work we used a semiconductor CdTe detector to measure x-ray spectra with a CdTe detector, in the range from 25 to 120 kVp. The CdTe detector is small and portable. The measurements done directly in the primary X rays beam can be difficult because of the high photon fluence rates that cause significant detector photon pile up, and can cause charge trapping in the CdTe. The alternative is to measure the photons scattered at 900 by a small scattering object, in our case a Lucite cylinder (PMMA). Starting from the scattered spectrum, corrected to dead time and efficiency and calibrated in energy, we made corrections for the scattering angle and coherent scattering (only at low energies). After that, the Klein Nishina cross section for Compton scattering are applied to the spectra, resulting in the primary spectra. For the 120 kVp beam a spectrum of the direct beam was measured and compared to the one obtained it through the scattered spectrum for the same energy. The half value layer of the same spectrum was determined experimentally and through the calculated spectrum, and the agreement was very good. The efficiency curve presents a discontinuity, also observed by other authors and predicted theoretically, that deforms the corrected spectrum. A polynomial fitting was adjusted to the efficiency curve, smoothing the corrected spectra without and not altering its form. The results were satisfactory and they validated the methodology presented by other authors, using different detectors.

One of the main subjects of this thesis is to design a novel synthetic route to covalently functionalize carbon nanotubes with various molecules in a non-toxic way on both surface and suspension. Functionalized carbon nanotubes are of great interest in the field of molecular electronics, materials science and nano-bio applications because of their remarkable structural, chemical and physical properties. First, the single-walled carbon nanotubes are functionalized with gold nanoparticles by the route, which involves silanization and copper-free click chemistry (SPAAC). We characterize the functionalized nanotubes through XPS, IR and Raman spectroscopic techniques to identify the surface attachment of molecules after each step. We observe a drastic change in homogeneity and functionalization density of single-walled carbon nanotubes with gold nanoparticles concerning solvent through TEM. Employing the same route, biomolecules such as fluorescent dyes and single-stranded DNA molecules are integrated with SWNTs. Fluorescence lifetime analysis of AF647 functionalized SWNTs is reduced compared to free dye due to the fluorescence quenching phenomenon of carbon nanotubes. Functionalized SWNTs are characterized with FLIM, SEM, and Raman for better correlation at the same area of interest. Furthermore, the nanotubes are resolved at the nanoscale level through STORM imaging technique with a limited photon budget. Single-stranded DNA molecules of different lengths are used to investigate the fluorescence quenching as they are distance-dependent. DNA-PAINT is engaged in imaging the functionalized SWNTs with an unlimited photon budget, overcoming STORM's challenge. Lastly, the route is transferred to surface-grown CNTs through the CVD technique, in which both the gold nanoparticles and fluorescent dyes are grafted with nanotubes selectively. CVD is carried out on different substrates Si/SiO2, quartz substrate and quartz coverslip for substrate functionalization. Catalyst deposition plays a significant role in not only the CVD growth but also in the lifetime analysis of the substrate functionalized nanotubes. We observe similar fluorescence quenching of nanotubes in the substrate compared with nanotubes functionalized in suspension. Surface-grown nanotubes in the optically transparent substrate can be resolved through STORM at the nanoscale level. In conclusion, we demonstrate a synthetic design to functionalize SWNTs which provides the possibility to be versatile and non-toxic. Moreover, we show that the nanotubes can be functionalized through this route homogeneously and selectively on both surface and suspension. This work lays the foundation for tailoring SWNTs with not only a wide range of molecules and to study their functional characteristics but also to carry out functionalization on different substrates for various applications.

Detecting elementary particles and observing accompanying events in particle colliders is one of the most important field of current research in experimental physics. TimePix and its successor TimePix3 are types of the currently used detectors which are placed beside other in ATLAS experiment conducted by Eu- ropean Organization for Nuclear Research. Such detectors can produce huge amount of data about passing particles at high rate. The goal of the thesis is to develop methods for detecting and classification of elementary particles observed by detector network ATLAS-TPX3. Suitable methods for clustering and/or classification based on semi-labelled data should be identified or new one should be developed. The proposed methods will be implemented and their performance on real data will be evaluated. The results will also include an implementation of framework for preprocessing low level data from detector network ATLAS-TPX3 in real-time and creating outputs that are suitable for subsequent physics investigation (e.g. ROOT framework files) includ- ing the proposed or future methods for particle classification. 5