Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho estudamos, atravÃs de abordagen de primeiros princÃpios, algumas forÂmas de obtermos monÃmeros e dÃmeros de Ti substitucionados em nanotubos de carbono metÃlicos ou semicondutores. Apresentamos possÃveis rotas substitucionais para as imÂpurezas se agregarem à superfÃcie dos nanotubos, observando a relaÃÃo entre o nÃmero de vacÃncias sobre as paredes e a quantidade de impurezas metÃlicas colocadas em cada sÃtio! Encontramos que essa forma sistemÃtica de realizarmos a dopagem gera mudanÃas pronunciÃveis sobre as principais propriedades eletrÃnicas e estruturais dos tubos. Desde modo, à possÃvel a confecÃÃo de complexos metais-ligantes, dependendo como os defeitos nos tubos sÃo produzidos e de que forma os metais estabelecem a sua configuraÃÃo mais estÃvel sobre a lamela. Podendo servir de centro reativo para agregaÃÃo de novas estruÂturas sobre os titÃnios e a formaÃÃo de estruturas hÃbridas, tÃo em evidÃncia nos mais amplos cenÃrios da funcionalizaÃÃo. Os cÃlculos de energia total com polarizaÃÃo de spin foram realizados com o programa SIESTA- Spanish Initiative fOT EletTOnic Simulations with Thousands of Atoms, que consiste hoje no estado da arte em termos; de cÃlculos computacionais ab initio para orbitais em base numÃrica que escalonam linearmente com o tamanho do sistema. O que possibilita à obtenÃÃo de resultados tÃo bons quanto aos melhores cÃlculos, em ondas; planas, sà que de forma mais rÃpida e barata computaciÂonalmente. Um detalhado estudo da estrutura eletrÃnica de bandas, da densidade de estados, do contouT plot da densidade de carga localizada sobre cada nÃvel do sistema, da populaÃÃo de Mullikcn e da configuraÃÃo geomÃtrica mais estÃvel que o sistema alcanÃou à realizado.

Neste trabalho estudam-se as propriedades de nanoestruturas de Ge e Sn formadas em amostras de SiO2/Si(100) através dos processos de implantação iônica e tratamento térmico. A formação de nanocristais de Ge foi investigada em função de tratamentos térmicos em ambiente de N2. Os resultados obtidos foram correlacionados com as propriedades de luminescência das amostras, sendo feita uma discussão sobre os mecanismos atômicos envolvidos no processo de crescimento dos nanocristais de Ge, bem como seus efeitos na criação de centros luminescentes no interior da camada de SiO2, que são responsáveis por intensas bandas de fotoluminescência (PL) nas regiões espectrais do azul-violeta (≈ 3,2 eV) e ultravioleta (≈ 4,2 eV). Além disso, experimentos de irradiação com diferentes íons (He+, Si+, Kr++, Au+) foram realizados antes da implantação do Ge com o objetivo de estudar o efeito de memória que os danos criados pela irradiação apresentam sobre as propriedades estruturais e luminescentes das amostras de SiO2/Si(100) No estudo das amostras de SiO2/Si(100) implantadas com Sn, a síntese de nanopartículas de Sn foi estudada em função da temperatura e do ambiente de tratamento térmico (N2 e vácuo). De maneira pioneira mostrou-se que através da manipulação desses parâmetros é possível formar desde grandes nanocristais bi-fásicos de Sn (≈ 12 a 25 nm) em estruturas concêntricas com núcleo de β-Sn e camada externa de SnOx, até pequenas nanopartículas de Sn com diâmetros de ≈ 2 nm e uniformemente distribuídas ao longo da camada de SiO2. Além disso, observou-se que a evolução estrutural do sistema de nanopartículas de Sn influencia diretamente as características das emissões de PL azul-violeta e UV. Por fim, um outro aspecto das nanoestruturas de Sn foi estudado: a formação de um denso arranjo de ilhas epitaxiais de β-Sn na região de interface SiO2/Si. Este sistema de nano-ilhas, que cresce epitaxialmente, é uniformemente distribuído sobre a superfície do Si, apresentando uma pequena dispersão em tamanho e tendência a se auto-organizar. A criação desse sistema de nano-ilhas epitaxiais através da utilização da implantação iônica é um processo inédito, sendo discutida aqui com base nas propriedades de equilíbrio do sistema Sn-Si.

Neste trabalho estudam-se as propriedades de nanoestruturas de Ge e Sn formadas em amostras de SiO2/Si(100) através dos processos de implantação iônica e tratamento térmico. A formação de nanocristais de Ge foi investigada em função de tratamentos térmicos em ambiente de N2. Os resultados obtidos foram correlacionados com as propriedades de luminescência das amostras, sendo feita uma discussão sobre os mecanismos atômicos envolvidos no processo de crescimento dos nanocristais de Ge, bem como seus efeitos na criação de centros luminescentes no interior da camada de SiO2, que são responsáveis por intensas bandas de fotoluminescência (PL) nas regiões espectrais do azul-violeta (≈ 3,2 eV) e ultravioleta (≈ 4,2 eV). Além disso, experimentos de irradiação com diferentes íons (He+, Si+, Kr++, Au+) foram realizados antes da implantação do Ge com o objetivo de estudar o efeito de memória que os danos criados pela irradiação apresentam sobre as propriedades estruturais e luminescentes das amostras de SiO2/Si(100) No estudo das amostras de SiO2/Si(100) implantadas com Sn, a síntese de nanopartículas de Sn foi estudada em função da temperatura e do ambiente de tratamento térmico (N2 e vácuo). De maneira pioneira mostrou-se que através da manipulação desses parâmetros é possível formar desde grandes nanocristais bi-fásicos de Sn (≈ 12 a 25 nm) em estruturas concêntricas com núcleo de β-Sn e camada externa de SnOx, até pequenas nanopartículas de Sn com diâmetros de ≈ 2 nm e uniformemente distribuídas ao longo da camada de SiO2. Além disso, observou-se que a evolução estrutural do sistema de nanopartículas de Sn influencia diretamente as características das emissões de PL azul-violeta e UV. Por fim, um outro aspecto das nanoestruturas de Sn foi estudado: a formação de um denso arranjo de ilhas epitaxiais de β-Sn na região de interface SiO2/Si. Este sistema de nano-ilhas, que cresce epitaxialmente, é uniformemente distribuído sobre a superfície do Si, apresentando uma pequena dispersão em tamanho e tendência a se auto-organizar. A criação desse sistema de nano-ilhas epitaxiais através da utilização da implantação iônica é um processo inédito, sendo discutida aqui com base nas propriedades de equilíbrio do sistema Sn-Si.

Neste trabalho estudam-se as propriedades de nanoestruturas de Ge e Sn formadas em amostras de SiO2/Si(100) através dos processos de implantação iônica e tratamento térmico. A formação de nanocristais de Ge foi investigada em função de tratamentos térmicos em ambiente de N2. Os resultados obtidos foram correlacionados com as propriedades de luminescência das amostras, sendo feita uma discussão sobre os mecanismos atômicos envolvidos no processo de crescimento dos nanocristais de Ge, bem como seus efeitos na criação de centros luminescentes no interior da camada de SiO2, que são responsáveis por intensas bandas de fotoluminescência (PL) nas regiões espectrais do azul-violeta (≈ 3,2 eV) e ultravioleta (≈ 4,2 eV). Além disso, experimentos de irradiação com diferentes íons (He+, Si+, Kr++, Au+) foram realizados antes da implantação do Ge com o objetivo de estudar o efeito de memória que os danos criados pela irradiação apresentam sobre as propriedades estruturais e luminescentes das amostras de SiO2/Si(100) No estudo das amostras de SiO2/Si(100) implantadas com Sn, a síntese de nanopartículas de Sn foi estudada em função da temperatura e do ambiente de tratamento térmico (N2 e vácuo). De maneira pioneira mostrou-se que através da manipulação desses parâmetros é possível formar desde grandes nanocristais bi-fásicos de Sn (≈ 12 a 25 nm) em estruturas concêntricas com núcleo de β-Sn e camada externa de SnOx, até pequenas nanopartículas de Sn com diâmetros de ≈ 2 nm e uniformemente distribuídas ao longo da camada de SiO2. Além disso, observou-se que a evolução estrutural do sistema de nanopartículas de Sn influencia diretamente as características das emissões de PL azul-violeta e UV. Por fim, um outro aspecto das nanoestruturas de Sn foi estudado: a formação de um denso arranjo de ilhas epitaxiais de β-Sn na região de interface SiO2/Si. Este sistema de nano-ilhas, que cresce epitaxialmente, é uniformemente distribuído sobre a superfície do Si, apresentando uma pequena dispersão em tamanho e tendência a se auto-organizar. A criação desse sistema de nano-ilhas epitaxiais através da utilização da implantação iônica é um processo inédito, sendo discutida aqui com base nas propriedades de equilíbrio do sistema Sn-Si.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In this work we present the study of the interaction of the nitronium hexafluorantimonate (NO2SbF6-NHFA) with nanotubos of carbon (5,5), (8,0) and bundles of nanotubos of carbon (8,0). The treatment of nanotubos in TMS/cloroforme solution (tetramethylene sulfone/chloroform) with NO2SbF6 is responsible for the formation of superbundle. To study the structural and electronic properties in the considered systems, we use an established theoretical boarding in calculations of first principles, making use of the theory of the functionary of the density with the approach of the local density for the term of exchangeâcorrelation. The calculations had been carried through using computational program SIESTA. In order to analizarmos the interaction of the nanotubos and bundles of carbon with the NHFA, investigate ion NO+2 , anion SbF−6 and the molecule NO2SbF6 interacting with the nanotubos or intercalated in bundles of nanotubo of carbon. From the electronic and estrural characterization we evidence that the systems formed for nanotubos of carbon (5,5) and NO+2 , (8,0) and NO+2 interact way strong chemical adsorption, while the other systems interact way weak chemical adsorption. / Neste trabalho apresentamos o estudo da interaÃÃo do nitrÃnio hexafluorantimonato (NO2SbF6-NHFA) com nanotubos de carbono (5,5), (8,0) e bundles de nanotubos de carbono (8,0). O tratamento de nanotubos em soluÃÃo TMS/cloroforme tetramethylene sulfone/chloroform) com NO2SbF6 Ã responsÃvel pela formaÃÃo de superbundle. Para estudar as propriedades estruturais e eletrÃnicas nos sistemas considerados, utilizamos uma abordagem teÂorica baseada em cÃlculos de primeiros princÃpios, fazendo uso da teoria do funcional da densidade com a aproximaÃÃo da densidade local para o termo de exchangeâcorrelaÃÃo. Os cÃlculos foram realizados usando o programa computacional SIESTA. A fim de analizarmos a interaÃÃo dos nanotubos e bundles de carbono com o NHFA, investigamos o Ãon NO+2, o Ãnion SbF−6 e a molÃcula NO2SbF6 interagindo com os nanotubos ou intercalados em bundles de nanotubo de carbono. A partir da caracterizaÃÃo eletrÃnica e estrural constatamos que os sistemas formados por nanotubos de carbono (5,5) e NO+2, (8,0) e NO+2 interagem via adsorÃÃo quÃmica forte, enquanto os outros sistemas interagem via adsorÃÃo quÃmica fraca.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, apresentamos um estudo de espalhamento Raman de cristais de L-prolina (C5H9NO2) Ã temperatura ambiente e sob condiÃÃes de altas pressÃes hidrostÃticas, no intervalo espectral entre 30 e 3200 cm-1. Propomos uma classificaÃÃo das bandas Raman em vÃrios modos de vibraÃÃo, baseando-se em estudos anteriores sobre espectroscopia Raman da L-prolina e de outros aminoÃcidos tais como L-leucina, L-isoleucina e L-valina. Os espectros Raman em funÃÃo de altas pressÃes sugerem que o cristal de L-prolina sofra uma transiÃÃo de fase estrutural reversÃvel entre 1,5 e 2,5 GPa, associada com mudanÃas conformacionais das molÃculas de L-prolina na cÃlula unitÃria. TambÃm foi observada, em aproximadamente 5,2 GPa, uma mudanÃa conformacional, a qual pode estar relacionada com modificaÃÃes do anel pirrolidÃnico da molÃcula de L-prolina. / In this work, we have presented a Raman scattering study of L-proline (C5H9NO2) crystals at room temperature and high hydrostatic pressure conditions over the spectral range 30-3200 cm-1. We have proposed an assignment of the Raman bands to various vibration modes based on previous Raman spectroscopy studies of L-proline and others amino acids such as L-leucine, L-isoleucine and L-valine. The high-pressure Raman espectra suggest that the L-proline crystal undergoes a reversible structural phase transition between 1.5 and 2.5 GPa, associated with conformational changes of L-proline molecules in the unit cell. It also was observed at about 5.2 GPa a conformational change that may be related with modifications of the proline pyrrolidine ring.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The scientific interest on molecular crystals stems from their great versatility and ease of processing. For pharmaceutically active ingredients, the structure-activity relationship is of major importance. Topiramate, a white and crystalline solid, is a powerful drug efficiently employed to control epilepsy symptoms. The mechanism of action involves a negative modulatory effect on the AMPA/kainate subtypes of glutamate receptors and some types of voltage-gated Na+ and Ca2+ channels, and a positive modulatory effect on some types of GABAA receptors and at least one type of K+ channels in neurons. Despite its pharmacological attributes, the lack of publications regarding its physical-chemical properties in the literature is apparent. In order to fill this gap, a research comprising vibrational spectroscopy techniques (Raman and infrared), thermal analysis (TGA/DTA/DSC), and theoretical calculations, was carried out. With the aid of calculations employing density functional theory (DFT), most of the observed vibrational bands is assigned. Consideration of Raman spectra recorded at temperatures above and below room temperature, as well as under high hydrostatic pressures, indicated maintenance of the orthorhombic crystalline structure under the diverse thermodynamic conditions employed. Thermal analysis, however, showed that, after the melting point, the sample undergoes decomposition in a process comprising three stages, possibly initiated with loss of the sulfamate group by the molecule. This event inspired a theoretical study aimed at promoting the sulfamate group bond breakage in a controlled way by employing a laser instead of heat. This was accomplished by quantum dynamics simulations which showed that, by using a set of ultrashort pulses in the infrared region, it is possible to reach levels close to 70 % dissociation in less than 3 ps. / O interesse cientÃfico pelos cristais moleculares resulta da facilidade de processamento destes materiais, e de sua grande versatilidade. No caso de drogas, a relaÃÃo entre estrutura e atividade à de suma importÃncia. Topiramato, um sÃlido branco e cristalino, à um fÃrmaco utilizado com bastante eficiÃncia para controlar os sintomas da epilepsia. O mecanismo de aÃÃo envolve um efeito modulatÃrio negativo nos receptores de glutamato do subtipo AMPA/kainato e alguns tipos de canais de Na+ e Ca2+ voltagem-dependentes, bem como um efeito modulatÃrio positivo em alguns tipos de receptores GABAA e pelo menos um tipo de canal de K+ nos neurÃnios. A despeito de suas qualidades farmacolÃgicas, a escassez de trabalhos relacionados Ãs suas propriedades fÃsico-quÃmicas na literatura à evidente. Para ajudar a preencher esta lacuna, uma investigaÃÃo envolvendo tÃcnicas de espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho), anÃlises tÃrmicas (TGA/DTA/DSC), e cÃlculos teÃricos, foi realizada. Com a ajuda de cÃlculos empregando a teoria do funcional de densidade (DFT), a atribuiÃÃo da maioria das bandas vibracionais observadas foi realizada. A observaÃÃo dos espectros Raman obtidos em temperaturas acima e abaixo da ambiente, bem como sob altas pressÃes hidrostÃticas, indicou que a estrutura cristalina ortorrÃmbica à mantida nas diferentes condiÃÃes termodinÃmicas empregadas. A anÃlise tÃrmica, entretanto, mostrou que, apÃs a fusÃo, o material sofre decomposiÃÃo em um processo que envolve trÃs etapas, possivelmente iniciado com a perda do grupo sulfamato pela molÃcula. Este fato motivou um estudo teÃrico a fim de modelar a quebra da ligaÃÃo do sulfamato de maneira controlada, utilizando um laser em lugar de calor. Isto foi realizado com simulaÃÃes de dinÃmica quÃntica, que mostraram que, atravÃs da utilizaÃÃo de uma combinaÃÃo de pulsos ultracurtos na regiÃo do infravermelho, à possÃvel atingir nÃveis prÃximos a 70% de dissociaÃÃo em menos de 3 ps.

Orientador: Antonio Carlos Ferreira Seridonio / Banca: Claudio Luiz Carvalho / Banca: Makoto Yoshida / Resumo: Investigou-se teoricamente um sistema composto por um interferômetro do tipo AharonovBohm com dois pontos quânticos, onde um deles encontra-se acoplado à um fio de Kitaev na fase topológica, nos casos em que se desconsidera a interação de Coulomb entre os pontos quânticos (caso não interagente) e quando a mesma é levada em conta (caso interagente). Na primeira situação, verificou-se a presença robusta da anomalia de voltagem zero para ambos os regimes de interferência Fano adotados. Além do mais, constatou-se que o estado de Majorana isolado possui uma maneira singular de quebrar a simetria dos perfis de densidade de transmitância em função da diferença simétrica de energia dos pontos quânticos e da energia de Fermi dos terminais metálicos. Tais perfis podem ser obtidos experimentalmente por medidas de condutância. Na situação de pontos quânticos interagentes em ressonância, verificou-se que a razão entre a magnitude da repulsão de Coulomb e o acoplamento fio-ponto quântico altera a largura da anomalia de voltagem zero em ambos os regimes Fano analisados. Esse fato sugere que a correlação eletrônica influencia o tempo de vida do estado de Majorana no ponto quântico hibridizado diretamente com o fio. Ademais, para a situação de pontos quânticos não ressonantes, a inversão dos valores de energia dos mesmos também modifica a largura da anomalia de voltagem zero, fenômeno que não ocorre para o caso não interagente. Acredita-se que o dispositivo proposto neste trabalho constitui um mecanismo experimental alternativo para detectar excitações de Majorana / Abstract: We investigate theoretically a setup composed by an Aharonov-Bohm-like interferometer with two quantum dots, where one of them is coupled to a Kitaev wire within the topological phase, which is explored in two cases: (i) the interdot Coulomb correlation is disregarded (noninteracting case) and (ii) the same is taken into account (interacting case). In the situation (i), we verify the presence of the zero-bias anomaly for the both Fano regimes of interference adopted. Furthermore, we found that an isolated Majorana state has a particular way of breaking the symmetry in transmittance profiles, which can be accessed experimentally by performing electrical conductance measurements. In the situation (ii), for interacting quantum dots in resonance, we notice that the ratio between the Coulomb repulsion strength and the wire-dot coupling changes the width of the zero-bias peak for both Fano regimes analyzed. This feature suggests that the electronic correlation modifies the Majorana state lifetime in the dot directly coupled to the wire. Moreover, for the off-resonance situation, the swap between the energy levels of the dots also changes the width of the Majorana peak, which is not observed in the noninteracting case. The results obtained here can guide experimentalists that pursuit a way of revealing Majorana signatures / Mestre

Orientador: Luiz Antonio Barreiro / Banca: Alexandre Mesquita / Banca: Denis Eduardo Peixoto / Resumo: O objetivo desse trabalho concentra-se em estudar uma nova metodologia para resolução de problemas em matéria condensada, nos quais as partículas estão fortemente acopladas, não permitindo um tratamento perturbativo padrão. Esse método, originário da dualidade AdS/CFT (Anti-de Sitter/Conformal Field Theory), está sendo conhecido na comunidade de matéria condensada como Dualidade Holográfica. Como aplicação desta teoria, o comportamento de supercondutores foi escolhido. A metodologia da dualidade holográfica utiliza uma teoria de campos em um espaço-tempo curvo. Partindo da ação associada é possível obter as equações de movimento das partículas envolvidas. A seguir foi empregado o uso do software Mathematica-Wolfram, para a resolução das Equações Diferenciais através do Método de Frobenius. Os resultados obtidos expressam que os valores esperados de operadores, as chamadas funções de correlação, são bem similares à curva de intervalo de energia previsto pela teoria BCS em função da temperatura. Também infere-se a partir da fórmula de Kubo, que os resultados numéricos da condutividade elétrica, claramente indicam uma condutividade infinita abaixo de uma determinada temperatura crítica Tc, resultando em um supercondutor / Abstract: The objective of this work is to study a new methodology for solving problems in condensed matter, in which the particles are strongly coupled, not allowing a standard perturbative treatment. This method, originating from the AdS / CFT (Anti-Sitter / Conformal Field Theory) duality, is being known in the condensed matter community as Holographic Duality. As an application of this theory, the behavior of superconductors was chosen. The holographic duality methodology uses a field theory in a curved space-time. From the associated action it is possible to obtain the equations of motion of the particles involved. Next, the use of the Mathematica-Wolfram software was used to solve the Differential Equations by the Frobenius Method. The obtained results express that the expected values of operators, so-called correlation functions, are very similar to the energy interval curve predicted by the BCS theory as a function of temperature. It is also inferred from the Kubo formula that the numerical results of electrical conductivity clearly indicate an infinite conductivity below a given critical temperature Tc, resulting in a superconductor / Mestre

Resumo: A Biologia Sistêmica visa a compreensão da vida através de modelos integrativos que enfatizem as interações entre os diferentes agentes biológicos. O objetivo é buscar por leis universais, não nas partes componentes dos sistemas mas sim nos padrões de interação dos elementos constituintes. As redes complexas biológicas são uma poderosa abstração matemática que permite a representação de grandes volumes de dados e a posterior formulação de hipóteses biológicas. Nesta tese apresentamos as redes biológicas integradas que incluem interações oriundas do metabolismo, interação física de proteínas e regulação. Discutimos sua construção e ferramentas para sua análise global e local. Apresentamos também resultados do uso de ferramentas de aprendizado de máquina que nos permitem compreender a relação entre propriedades topológicas e a essencialidade gênica e a previsão de genes mórbidos e alvos para drogas em humanos / Abstract: Systems Biology aims to understand life process through integrative models that emphasize the interactions among biological agents. The goal is to search for universal laws, not in the description of systems parts, but on interactions patterns among systems elements. Biological networks are a powerful mathematical abstraction that allows the representation of large experimental datasets and the formulation of biological hypothesis. In this thesis we investigate biological networks that assemble information of: metabolism, protein interaction and regulation. We discuss the network construction methodology and mathematical tools to describe its local and global properties. We also present results, obtained through machine learning tools, expressing the implication of topological properties on gene essentiality, morbidity, and drugability on human genes