[pt] A geometria quântica na física da matéria condensada nos permite entender várias propriedades geométricas dos estados da zona de Brillouin, como a curvatura de Berry e a métrica quântica. Especialmente em relação a esta última, foram observados estudos que mostram sua relação com a supercondutividade. Motivados por estas investigações, esta dissertação visa investigar as propriedades geométricas quânticas de supercondutores singletos, como os tipos s-wave e d-wave, e identificar sua relação com várias respostas eletromagnéticas. Começamos mostrando a descrição desses supercondutores através da teoria do campo médio, posteriormente analisando sua métrica quântica, que é definida pela sobreposição de dois estados de quasihole em momentos ligeiramente diferentes. Subsequentemente, estudamos o número de fidelidade, que é definido como a integração de momento da métrica quântica e representa a distância média entre estados de quasihole vizinhos. Além disso, expressamos esse número de fidelidade como um marcador de fidelidade definido localmente em cada sítio da rede, o que nos permite observar o efeito de impurezas não magnéticas nesse marcador. Para supercondutores de tipo s-wave, mostramos que respostas eletromagnéticas como a absorção no infravermelho estão relacionadas à métrica quântica, enquanto, por outro lado, a corrente paramagnética e a função dielétrica estão relacionadas ao número de fidelidade, que por sua vez é determinado pelo comprimento de coerência. Por outro lado, para supercondutores de tipo d-wave, observamos que sua métrica quântica mostra um comportamento singular e que seu número de fidelidade diverge. O resultado mais relevante desta dissertação é que descobrimos que supercondutores singletos, descritos pela teoria do campo médio BCS, exibem uma métrica quântica não trivial, e que para supercondutores de tipo s-wave as respostas eletromagnéticas mencionadas estão diretamente relacionadas à geometria quântica, o que não havia sido encontrado anteriormente. / [en] Quantum geometry in condensed matter physics allows us to understand various geometric properties of the Brillouin zone states, such as the Berry curvature and the quantum metric. Especially in relation to the latter, studies have been observed that show its relationship with superconductivity. Motivated by these investigations, this dissertation aims to investigate the quantum geometric properties of singlet superconductors, such as s-wave and d-wave types, and identify their relation to various electromagnetic responses. We begin by showing the description of these superconductors through mean field theory, subsequently analyzing their quantum metric, which is defined by the overlap of two quasihole states at slightly different momenta. Subsequently, we study the fidelity number, which is defined as the momentum integration of the quantum metric and represents the average distance between neighboring quasihole states. Furthermore, we express this fidelity number as a fidelity marker defined locally at each lattice site, which allows us to observe the effect of non-magnetic impurities on this marker. For s-wave superconductors, we show that electromagnetic responses such as infrared absorption are related to the quantum metric, while on the other hand, the paramagnetic current and the dielectric function are related to the fidelity number, which in turn is determined by the coherence length. On the other hand, for d-wave super-conductors, we observe that their quantum metric shows a singular behavior and that their fidelity number diverges. The most relevant result of this dissertation is that we have discovered that singlet superconductors, described by the BCS mean field theory, exhibit a nontrivial quantum metric, and that for s-wave superconductors the aforementioned electromagnetic responses are directly related to the quantum geometry, which has not been found previous.

Orientador: Rogério Pinto Mota / Resumo: Neste trabalho foram produzidos filmes finos de polímeros a partir da técnica de polimerização a plasma dos monômeros dietilenoglicol dimetil-eter (diglime), 2-metil-2-oxazolina (oxazolina) e da mistura de etilenodiamina (EDA) e o gás acetileno (C2H2), obtidos em baixa pressão. Esses materiais podem possuir um conjunto de características que são necessárias para aplicações na área da biomedicina. Os plasmas foram analisados por meio das técnicas de sonda de Langmuir (LP) e de espectroscopia ótica de emissão (OES). A caracterização dos polímeros foi realizada por meio das técnicas de medidas de ângulo de contato e energia de superfície (AC e ES), microscopia de força atômica (AFM), microscopia confocal (MC) e espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR). As características dos plasmas foram correlacionadas às propriedades dos polímeros a fim de se obter informações sobre os processos de polimerização, objetivando que o processo de produção de materiais com características desejáveis seja feito de forma controlada. Foram observadas temperaturas eletrônicas de elétrons frios entre 0,2 e 1,6 eV, e as densidades de plasmas foram da ordem de 10^15 m^-3. O comportamento da temperatura eletrônica em função da pressão de operação e da potência aplicada aos plasmas foi relacionado à produção de espécies CH, CO e Hα em plasmas de diglime, CH, CN, CO e NH em plasmas de 2-metil-2-oxazolina e CH, CN e NH em plasmas da mistura de EDA e C2H2. A participação dessas espécies... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Plasma polymers obtained by plasma polymerization of diethyleneglycol dimethyl-ether (diglyme), 2-methyl-2-oxazoline (oxazoline) and the mixture of ethylenediamine (EDA) with acetylene (C2H2) were produced in low pressure conditions. These materials might have a set of essential properties to biomedical applications. The plasmas were analyzed by Langmuir probe technique (LP) and optical emission spectroscopy (OES) techniques. Polymer characterization was performed by contact angle and surface energy analysis (AC and ES), atomic force microscopy (AFM), confocal microscopy (MC) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In order to obtain details of polymerization process, plasma characteristics were correlated to polymers properties in order to control the production of materials with desired characteristics. The cold electron temperatures were observed between 0.2 and 1.6 eV and the plasmas densities about 10-15 m -3 . The electronic temperature behavior was analyzed as a function of operating pressure and applied power. This behavior was linked to production of CH, CO and Hα species in diglyme plasmas, CH, CN, CO and NH in 2- methyl-2-oxazoline plasmas and CN, CH and NH species in plasmas of EDA and C2H2 mixture. The mean roughness investigation, the bonds observed by FTIR technique and the deposition rates revealed the role of these species on polymerization processes. The CO species in diglyme plasmas and CN species in plasmas of EDA and C2H2 mixture were responsi... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Poliuretana (PUR) é uma classe de polímeros que possui grupos uretânicos [-O-C(=O)-NH-] em sua estrutura e encontra diversas aplicações, inclusive na área biomédica. Esta versatilidade é devida ao uso de diferentes monômeros em sua síntese. O uso de isocianatos cicloalifáticos, um dos monômeros da PUR, é mais vantajoso em aplicações que requeiram uma maior estabilidade térmica e à radiação ultravioleta e maior resistência à hidrólise. Quando processadas inapropriadamente, as PUR baseadas em isocianatos aromáticos produzem compostos carcinogênicos, fato não observado para as PUR com isocianatos cicloalifáticos. Visando a aplicação biomédica, a PUR tem sido modificada através da incorporação de grupos iônicos à cadeia polimérica, formando ionômeros. A esterilização de materiais de uso biomédico é feita pelo emprego de óxido de etileno ou da radiação gama. Neste trabalho, visou-se a síntese e caracterização da PUR e do ionômero sultanado desta, baseadas em isocianato cicloalifático, além do estudo do efeito da radiação gama nos polímeros. Foi observado através da espectroscopia vibracional e análise elementar que se formam ligações de alofanato, uma ramificação da PUR linear. Comparando-se a PUR sintetizada com uma amostra comercial de PUR linear de uso biomédico, amorfa, verificou-se que a primeira apresentava cristalinidade. O estudo da cinética de decomposição térmica da PUR permitiu estabelecer o mecanismo com o qual acontece a decomposição. A estabilidade térmica e cristalinidade da PUR sulfonada são maiores que para a PUR, devendo estar relacionadas à contribuição dos grupos sulfonato. A PUR sulfonada tem um maior tempo de vida estimado que a PUR, nas temperaturas estudadas. A irradiação das amostras permitiu a verificação da oxidação do segmento do poliol e/ou extensor de cadeia, por meio da diminuição de intensidade das bandas relacionadas a este segmento nos espectros vibracionais e diminuição da cristalinidade por DSC. / Polyurethane (PUR) is a class of polymers that possesses urethane groups [O-C(=O)-NH-] in its structure and that find many applications, including biomedical ones. This variety is due to the use of different monomers in its synthesis. The use of aliphatic isocyanates, one of PUR monomers, is more valuable in applications that demand stability to UV radiation, resistance to hydrolysis, and a greater thermal stability. The aromatic isocyanate-based PUR produces, when processed incorrectly, carcinogenic compounds, a fact that is not observed in the cycloaliphatic isocyanate-based PUR. The PUR modification to use it in biomedical artifacts has been made, among some procedures, through the incorporation of ionic groups into the polymer chain, forming ionomers. The biomedical materials sterilization is made employing ethylene oxide or gamma radiation. The objectives of this work are the synthesis and characterization of PUR and its sulfonated ionomer, both based on a cycloaliphatic isocyanate, as well as the study of the effect of gamma radiation in the polymers. It has been observed the formation of allophanate linkages through the analysis of vibrational spectra and elemental analysis data. Comparing the synthesized PUR and a commercial, amorphous, linear PUR used in biomedical artifacts, it has been noted that the former has crystallinity. The kinetic study of thermal decomposition of PUR allowed to establish the decomposition mechanism of PUR. The thermal stability and crystallinity of sulfonated PUR are greater than of PUR, probably due to the contribution of sulfonic groups. The lifetime of sulfonated PUR is greater than that of PUR, in the temperature range studied. The samples irradiation has permitted the observation of poliol and/or chain extender oxidation, by means of the decreasing of the intensity of the vibrational bands related to these groups and the decreasing of crystallinity in DSC.

Poliuretana (PUR) é uma classe de polímeros que possui grupos uretânicos [-O-C(=O)-NH-] em sua estrutura e encontra diversas aplicações, inclusive na área biomédica. Esta versatilidade é devida ao uso de diferentes monômeros em sua síntese. O uso de isocianatos cicloalifáticos, um dos monômeros da PUR, é mais vantajoso em aplicações que requeiram uma maior estabilidade térmica e à radiação ultravioleta e maior resistência à hidrólise. Quando processadas inapropriadamente, as PUR baseadas em isocianatos aromáticos produzem compostos carcinogênicos, fato não observado para as PUR com isocianatos cicloalifáticos. Visando a aplicação biomédica, a PUR tem sido modificada através da incorporação de grupos iônicos à cadeia polimérica, formando ionômeros. A esterilização de materiais de uso biomédico é feita pelo emprego de óxido de etileno ou da radiação gama. Neste trabalho, visou-se a síntese e caracterização da PUR e do ionômero sultanado desta, baseadas em isocianato cicloalifático, além do estudo do efeito da radiação gama nos polímeros. Foi observado através da espectroscopia vibracional e análise elementar que se formam ligações de alofanato, uma ramificação da PUR linear. Comparando-se a PUR sintetizada com uma amostra comercial de PUR linear de uso biomédico, amorfa, verificou-se que a primeira apresentava cristalinidade. O estudo da cinética de decomposição térmica da PUR permitiu estabelecer o mecanismo com o qual acontece a decomposição. A estabilidade térmica e cristalinidade da PUR sulfonada são maiores que para a PUR, devendo estar relacionadas à contribuição dos grupos sulfonato. A PUR sulfonada tem um maior tempo de vida estimado que a PUR, nas temperaturas estudadas. A irradiação das amostras permitiu a verificação da oxidação do segmento do poliol e/ou extensor de cadeia, por meio da diminuição de intensidade das bandas relacionadas a este segmento nos espectros vibracionais e diminuição da cristalinidade por DSC. / Polyurethane (PUR) is a class of polymers that possesses urethane groups [O-C(=O)-NH-] in its structure and that find many applications, including biomedical ones. This variety is due to the use of different monomers in its synthesis. The use of aliphatic isocyanates, one of PUR monomers, is more valuable in applications that demand stability to UV radiation, resistance to hydrolysis, and a greater thermal stability. The aromatic isocyanate-based PUR produces, when processed incorrectly, carcinogenic compounds, a fact that is not observed in the cycloaliphatic isocyanate-based PUR. The PUR modification to use it in biomedical artifacts has been made, among some procedures, through the incorporation of ionic groups into the polymer chain, forming ionomers. The biomedical materials sterilization is made employing ethylene oxide or gamma radiation. The objectives of this work are the synthesis and characterization of PUR and its sulfonated ionomer, both based on a cycloaliphatic isocyanate, as well as the study of the effect of gamma radiation in the polymers. It has been observed the formation of allophanate linkages through the analysis of vibrational spectra and elemental analysis data. Comparing the synthesized PUR and a commercial, amorphous, linear PUR used in biomedical artifacts, it has been noted that the former has crystallinity. The kinetic study of thermal decomposition of PUR allowed to establish the decomposition mechanism of PUR. The thermal stability and crystallinity of sulfonated PUR are greater than of PUR, probably due to the contribution of sulfonic groups. The lifetime of sulfonated PUR is greater than that of PUR, in the temperature range studied. The samples irradiation has permitted the observation of poliol and/or chain extender oxidation, by means of the decreasing of the intensity of the vibrational bands related to these groups and the decreasing of crystallinity in DSC.