Made available in DSpace on 2014-12-17T14:06:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SheilaBG_DISSERT.pdf: 1652158 bytes, checksum: ad653b0a72284122fdd7e2e051380eb2 (MD5) Previous issue date: 2010-04-23 / Universidade Federal do Rio Grande do Norte / In this study barium hexaferrite was (general formulae BaFe12O19) was synthesized by the Pechini method under different conditions of heat treatment. Precursors like barium carbonate and iron nitrate were used. These magnetic ceramic, with magnetoplumbite type structure, are widely used as permanent magnet because of its excellent magnetic properties, such as: high Curie temperature, good magnetic anisotropy, high coercivity and corrosion resistance. The samples were characterized by thermal analysis (DTA and TG), X- ray Diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) end Vibrating sample Magnetometer (VSM). The results confirm the expected phase, which was reinforced according to our analysis. A single phase powder at relatively high temperatures with particle sizes around 100 nm was obtained. The characteristic magnetic behavior one of the phases has been noted (probably superparamagnetic material), while another phase was identified as a ferrimagnetic material. The ferrimagnetic phase showed vortex configuration with two central and slightly inclined plateaus. In general, increase of heat treatment temperature and time, directly influenced the technological properties of the samples / Neste trabalho foi sintetizado o composto da Hexaferrita de B?rio de f?rmula geral BaFe12O19, preparado pelo m?todo Pechini (sob diferentes condi??es de tratamento t?rmico), utilizando-se como precursores o carbonato de b?rio e o nitrato de ferro. Estes materiais cer?micos magn?ticos, com estrutura do tipo magnetoplumbita, s?o amplamente utilizados como magnetos permanentes, devido as suas excelentes propriedades magn?ticas, tais como: alta temperatura de Curie, boa anisotropia magn?tica, alta coercividade e resist?ncia ? corros?o. As amostras obtidas foram caracterizadas pelas t?cnicas: An?lises T?rmicas (DTA e TG), Difra??o de raios-X (DRX), Espectroscopia de absor??o na regi?o do infravermelho (FTIR), Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV) e Magnet?metro Vibracional (VSM). Os resultados mostraram a fase desejada, onde foi intensificada de acordo com as an?lises realizadas, resultando na obten??o de um p? monof?sico nas temperaturas relativamente altas com tamanhos de part?culas em torno de 100 nm. Os materiais possuem fases de comportamento magn?tico caracter?stico, provavelmente de um material superparamagn?tico e outro ferrimagn?tico que em temperaturas mais elevadas apresentaram uma configura??o de v?rtice, com dois plat?s centrais com pequenas inclina??es. De modo geral, os aumentos da temperatura de tratamento t?rmico e do tempo, influenciaram diretamente nas propriedades tecnol?gicas das amostras

Magnetic materials when reduced to the nanoscale promote the emergence of new properties and the specific functionalization of these magnetic nanostructures are key tools in the development of improved devices for information technology (memory and data processing) and detection. In this thesis were electro-deposited magnetic nanotubes in anodic aluminum membranes. The properties of magnetic nanotube networks of Ni, Co, FeCo and FeNi with different geometric parameters were investigated. The porous aluminum oxide membranes were prepared using the hard anodizing process, in a self-ordering regime with pore distances Dint=300nm. This process offers substantial advantages over conventional anodizing processes in terms of processing time, allowing for faster oxide growth, with better arrangement and high aspect ratio of nanopores. The nanotubes were electrodeposited through the potentiostat mode, using porous membranes as the basis for their structure. Samples with external diameter of 140nm, 180nm and 220nm were obtained. In addition, the nanotubes have an additional degree of freedom given by the thickness of the tube walls. In this way, nanotubes with constant external diameter and different wall thicknesses of the tube were also synthesized. The structure and morphologies of the synthesized samples were characterized by scanning electron microscopy, x-ray dispersion spectroscopy and x-ray diffraction. The magnetic characterization was performed through the vibrating sample magnetometer. Through the nanotubes with different diameters it was possible to observe that the global anisotropy of the matrix is the result of the competition between the magnetostatic interactions, magnetocrystalline anisotropy and form anisotropy. With the increase of the diameter of NTs and the decrease of the distance between them it was observed that the magnetostatic interactions prevail. Nanotubes with different wall thicknesses were produced, maintaining constant the external diameter and the distance between the structures. Through the characterization of these structures it was observed that for nearby nanotubes, with distances smaller than their diameter, it is the wall thickness that determines the magnetic interaction between the nanotubes of the network. The magnetization inversion processes for NTs with different wall thicknesses were investigated through the analysis of the coercive field as a function of the applied field. It can be seen that the same structure can present two types of magnetization inversion, the transverse mode or vortex, and that this inversion can be determined by adjusting the NT wall thickness. The comparative study between the nanotubes with different compositions and geometric parameters showed that the magnetic properties are strongly correlated with the geometric parameters. / Materiais magnéticos quando reduzidos à escala nanométrica promovem o surgimento de novas propriedades e a funcionalização específica dessas nanoestruturas magnéticas são ferramentas chave no desenvolvimento de dispositivos aprimorados para tecnologia da informação (memória e processamento de dados) e detecção. Nesta tese foram sintetizados nanotubos magnéticos eletrodespositados em membranas de alumínio anódico. Foram investigadas as propriedades de redes de nanotubos magnéticos de Ni, Co, FeCo e FeNi, com diferentes parâmetros geométricos. As membranas de óxido de alumínio poroso foram preparadas utilizando o processo de anodização dura, em um regime de auto-ordenação com distâncias entre poros Dint=300nm. Este processo oferece vantagens substanciais em relação aos processos convencionais de anodização em termos do tempo de processamento, permitindo um crescimento mais rápido de óxido, com um melhor ordenamento e alta razão de aspecto dos nanoporos. Os nanotubos foram eletrodepositados através do modo potenciostato, utilizando as membranas porosas como base para sua estrutura. Foram obtidas amostras com diâmetro externo de 140nm, 180nm e 220nm. Além disso, os nanotubos apresentam um grau de liberdade adicional dado pela espessura das paredes do tubo. Dessa forma, também foram sintetizados nanotubos com diâmetro externo constante e com diferentes espessuras de parede do tubo. As estrutura e morfologias das amostras sintetizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de dispersão de raio-x e difratometria de raio-x. A caracterização magnética foi realizada através do magnetômetro de amostra vibrante. Através dos nanotubos com diferentes diâmetros foi possível observar que a anisotropia global da matriz é o resultado da competição entre as interações magnetostáticas, anisotropia magnetocristalina e anisotropia de forma. Com o aumento do diâmetro dos NTs e a diminuição da distância entre eles foi observado que as interações magnetostáticas prevalecem. Nanotubos com diferentes espessuras de parede foram produzidos, mantendo constante o diâmetro externo e a distância estre as estruturas. Através da caracterização dessas estruturas foi observado que para nanotubos próximos, com distâncias menores que seu diâmetro, é a espessura da parede que determina a interação magnética entre os nanotubos da rede. Os processos de inversão de magnetização para NTs com diferentes espessuras de parede foi investigado através da análise do campo coercivo em função do campo aplicado. Mostrando que a mesma estrutura pode apresentar dois tipos de inversão de magnetização, o modo transversal ou vórtice, e que esta inversão pode ser determinada através do ajusta da espessura de parede do NT. O estudo comparativo entre os nanotubos com diferentes composições e parâmetros geométricos mostrou que as propriedades magnéticas são fortemente correlacionadas com os parâmetros geométricos.

Nanofluidos magnéticos formados por partículas de ferrite de manganês eletricamente carregadas foram estudados sob o ponto de vista estrutural, magnético e óptico. Características estruturais foram analisadas por meio da técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS), que permitiu a determinação da distribuição de diâmetros de nanopartículas em solução. Assim, foi possível determinar o comportamento lognormal da distribuição de tamanhos nas amostras, bem como o diâmetro médio das soluções estudadas, Mn3, Mn4 e Mn6, como 2.8nm, 3.4nm e 6.2nm, respectivamente. Ademais, foi investigada a magnetização das diferentes soluções em função da temperatura sob o protocolo ZFC/FC, permitindo a determinação da distribuição de temperaturas de bloqueio, grandeza que depende do volume das partículas. Ao comparar as distribuições obtidas, foi constatado que aquela determinada por medidas magnéticas era mais estreita do que a por SAXS, indicando interações dipolares entre partículas. Essa hipótese foi corroborada por medidas de suscetibilidade ac, que resultaram em tempos de relaxação muito curtos, incompatíveis com modelos de partículas únicas, levando à conclusão da existência de um comprimento de correlação com N partículas interagindo no volume de correlação 3. Tais grupos de partículas não correspondem a aglomerados físicos, uma vez que alterações de densidade eletrônica não foram verificadas nas curvas de espalhamento de raios X, mas sim a clusters magnéticos, que respondem ao campo externo em conjunto. A análise dos resultados de magnetização ac e dc, simultaneamente, evidenciou ainda alterações na anisotropia das partículas, efeitos de superfície devido à redução de tamanho do cristal. O estudo de propriedades ópticas lineares permitiu a determinação do espectro de absorção em função da concentração de nanopartículas em solução. Desse modo, foi verificada a validade da lei de Beer-Lambert em uma região do espectro, para 300nm < < 600nm. O gap óptico foi determinado para as transições diretas e indiretas como EgapDir = 3.07 ± 0.15eV e EgapInd = 2.06 ± 0.11eV, respectivamente. Por fim, propriedades ópticas não lineares foram estudadas por meio da técnica de z-scan na escala de femto-segundo, a fim de estudar efeitos de origem eletrônica. Curvas foram obtidas e, por meio de ajustes de equações teóricas, foi possível a determinação dos parâmetros não lineares. Contudo, estudos adicionais evidenciaram que tais sinais não eram de origem eletrônica, mas sim térmica, como formação de lente térmica e termodifusão. Assim, os coeficientes não lineares dos ferrofluidos não puderam ser determinados com precisão, de maneira que apenas valores máximos desses coeficientes foram obtidos independentemente do tamanho das nanopartículas, sendo max = 3.9x10-2cm/GW o valor máximo para o coeficiente de absorção de dois fótons e |n2max| = 5.3x10-16cm2/W, para o índice de refração não linear. / Magnetic nanofluids formed by electrically charged manganese ferrite particles were studied under the structural, magnetic and optical point of view. Structural characteristics were analyzed by small angle X-rays scattering (SAXS) technique, which allowed determining the nanoparticles\' size distribution. Thus, it was possible to determine the lognormal behavior of the size distribution, as well as the particles\' mean diameter of the studied solutions, Mn3, Mn4 and Mn6, as 2.8nm, 3.4nm and 6.2nm, respectively. Also, the magnetization of the different solutions was investigated as a function of the temperature under the ZFC/FC protocol, allowing the determination of the blocking temperature distribution, quantity that depends on the nanoparticles\' volume. Comparing the distributions obtained it was noted that the obtained by magnetic measurements was narrower than the one obtained by SAXS, which indicates dipolar interactions between nanoparticles. This hypothesis was supported by ac susceptibility measurements, which resulted in very short relaxation times, incompatible with single particles models, leading to the conclusion of the existence of a correlation length with N interaction particles in the correlation volume 3. Those particles groups do not correspond to physical clusters, since electron density changes were not observed in X-rays scattering curves, but to magnetic clusters that responds collectively to the external field. The simultaneous analysis of ac and dc magnetization results showed changes in the anisotropy of the particles, surface effects due to reduction of crystal size. The study of linear optical properties allowed the determination of the absorption spectrum as a function of the nanoparticles\' concentration in solution. Thus, the validity of the Beer-Lambert law was verified for the wavelength range 300nm < < 600nm was determined for direct and indirect transitions as EgapDir = 3.07 ± 0.15eV and EgapInd = 2.06 ± 0.11eV, respectively. Finally, nonlinear optical properties were studied by the z-scan technique in the femto-second time scale. Curves were obtained and, by means of theoretical equations adjustments to the data, it was possible to determine nonlinear parameters. However, additional studies have shown that such effects were not of electronic origin, but thermal, as thermal lens and thermodiffusion. Thus, the nonlinear coefficient of ferrofluids could not be determined accurately, only maximum values of these coefficients were obtained regardless of the size of the nanoparticles, as max = 3.9x10-2cm/GW the maximum value of the two photon absorption coefficient and |n2max| = 5.3x10-16cm2/W for the nonlinear refraction index.

Made available in DSpace on 2018-06-27T19:13:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Icaro Ilo da Silva.pdf: 1138843 bytes, checksum: 628d6ea8b6c64f43bac5e0ca90832546 (MD5) Icaro Ilo da Silva.pdf.jpg: 3267 bytes, checksum: 3514e08d198e4778dc39ed25de55acbc (MD5) Previous issue date: 2011-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work had as objective the elaboration and organization of a set of didactic materials that had come to constitute a Didactic Module, associating topical of Modern Physics, magnetism and Nanoscience for the proposal of the education of the Nanomagnetism for students of High School. The methodology involves the accomplishment of empirical research (questionnaire-sounding), theoretician-bibliographical study on the subject and elaboration of a didactic proposal. The Didactic Module makes use of texts of literature and the hypermedia resource, where texts, images, videos and animations are presented. To give credit to the proposal, three questionnaires had been applied: the first one for students of a group of third year of High School in intention to check the previous knowledge of basic concepts related to the subject and its interest in learning more; the second, for participants of a course in event of Physics education; the third, for another group of students of the third year of High School, after application of the elaborated hypermedia that constitutes central material of the Didactic Module. Of the first one, we can observe great difficulties in the understanding and knowledge of basic concepts on the part of the students group, and at the same time its interest for the subject. In the second, answered for a majority of students of formation course of teachers and also for after-graduated students, it is distinguished an enormous acceptance of the subject and valuable contributions for the Didactic Module. Of third, new acceptance of the subject, verified for the attention and participation of the group during the boarding of the subject and its answers to the questionnaire. It is given credit to have fulfilled the mission to construct and to show a source of pedagogical resource that can contribute for one better quality of the process teach-learning of Physics. / Este trabalho teve como objetivo a elaboração e organização de um conjunto de materiais didáticos que vieram a constituir um Módulo Didático, associando tópicos de Física Moderna, magnetismo e Nanociência para a proposição do ensino do Nanomagnetismo para alunos do Ensino Médio. A metodologia envolve a realização de pesquisa empírica (questionário-sondagem), estudo teórico-bibliográfico sobre o tema e elaboração de uma proposta didática. O Módulo Didático faz uso de textos da literatura e do recurso hipermídia, onde são apresentados textos, imagens, vídeos e animações. Para dar crédito à proposta, três questionários foram aplicados: o primeiro, para alunos de uma turma de terceiro ano do Ensino Médio no intuito de checar o conhecimento prévio de conceitos básicos relacionados ao tema e seu interesse em aprender mais; o segundo, para participantes de um minicurso em evento de ensino de Física; o terceiro, para outra turma de alunos do terceiro ano do Ensino Médio, após aplicação da hipermídia elaborada que constitui material central do Módulo Didático. Do primeiro, podemos destacar grandes dificuldades na compreensão e conhecimento de conceitos fundamentais por parte da turma de alunos, e ao mesmo tempo seu interesse pelo tema. No segundo, respondido por uma maioria de alunos de licenciatura e também por professores pós-graduandos, destaca-se a aceitação do tema e valiosas contribuições para o aperfeiçoamento do Módulo Didático. Do terceiro, nova aceitação do tema, vislumbrada pela atenção e participação da turma durante a sua abordagem e suas respostas ao questionário. Acredita-se ter cumprido a missão de construir e disponibilizar uma fonte de recurso pedagógico que em muito pode contribuir para uma melhor qualidade do processo ensino-aprendizagem de Física.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1135209 bytes, checksum: 81b23e6d1a4f8748158a992000fadff7 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation is the study of materials called spin ice, the among several properties they exhibit magnetic excitations that behave like magnetic monopoles. However, these monopolesalways come in pairs and having a binding energy (string) between them that prevents their division. In this paper we proposed a new geometry in order to examine the possibility of separation of such pairs, this geometry is built on the basis of increasing frustration among the entities of the system. We also studied the thermodynamic properties of the system as well as energy, magnetization, magnetic susceptibility and specific heat. These quantities were calculated for different network sizes and under two boundary conditions, one open and one closed. For the calculation of these quantities the Monte Carlo methods (Metropolis algorithm) and Sum of Ewald were used. Some of the results obtained were the emergence of vortex as ground state of the system with open boundary conditions, the dependence of the energy of the ground state with the network size and distinction between phases, one ordered and one disordered. / Esta dissertação Consiste no estudo de materiais denominados gelos de spin, os quais en- tre Várias propriedades exibem excitações magnéticas que se Comportam Como monopo- los magnéticos. Porém, estes monópolos surgem sempre aos pares e Com uma energia de ligação (string) entre eles que impedem sua separaçãa Neste trabalho foi proposta uma nova geometria Com intuito de analisar a possibilidade de separação entre tais pares, esta geometria é Construída tomando Como base 0 aumento da frustação entre os entes do sistema. Além disso, foram estudadas as propriedades termodinâmicas do sisterna bem Comoz energia, magnetização, susceptibilidade magnética e Calor especíñco. Estas grandezas foram Calculadas em tamanhos de rede distintos e sob duas Condições de Con- torno, uma aberta e Outra fechada. Para 0 Cálculo destas grandezas foram utilizados os métodos de Monte Carlo (algoritmo de Metropolis) e sorna de Ewald Alguns dos re- sultados Obtidos foram 0 aparecimento de um Vórtice Como estado fundamental da rede Com Condições de Contorno aberta, a dependência da energia do estado fundamental Com 0 tamanho da rede e distinção entre fases, uma ordenada e Outra desordenada.

Orientadores: Flavio Garcia, Eduardo Granado Monteiro da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T05:04:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_MarcioMedeiros_M.pdf: 20040711 bytes, checksum: 307f0dbee3ef2d92b25427c28d39c7d6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho fizemos um estudo sistemático de filmes compostos por multicamadas Co/Pd depositados sobre arranjos auto-organizados de esferas de látex submicrométricas (50 ¿ 1000 nm). O filme depositado sobre a esfera (não-magnética) forma uma calota magnética com espessura variável. As espessuras de Co e Pd foram escolhidas de modo a obter duas classes de multicamadas, uma com anisotropia intrínseca perpendicular e outra com anisotropia intrínseca planar, quando depositadas sobre um substrato plano. Os arranjos de calotas com anisotropia intrínseca perpendicular que produzimos têm um comportamento magnético que reproduz resultados publicados recentemente na literatura. Para os sistemas com anisotropia intrínseca planar a microestrutura magnética é profundamente dependente da forma tridimensional da calota, assim como do seu tamanho. A investigação destas calotas envolveu caracterizações magnéticas por efeito Hall extraordinário, efeito Kerr magneto-ótico e SQUID, análise estrutural por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e sondagem da configuração da magnetização por microscopia de força magnética (MFM). Para esferas menores (diâmetros de 50 e 100 nm), as imagens de TEM mostram que as calotas segmentam-se em nanopilares orientados radialmente. Em concordância com as caracterizações magnéticas, propomos que a segmentação em pilares induz uma anisotropia efetiva radial nessas calotas menores. Nas calotas maiores (500 e 1000 nm) estudamos a influência do gradiente de espessura, medido por TEM, sobre a anisotropia efetiva ao longo da esfera. Nestas calotas as multicamadas são contínuas e, correlacionando caracterizações magnéticas, imagens de TEM, medidas de MFM e simulações micromagnéticas, chegamos à conclusão de que a magnetização forma um vórtice em seu topo, influenciada pela forma tridimensional da calota. O núcleo dos vórtices que observamos é razoavelmente maior do que aqueles mostrados na literatura para vórtices em discos, indicando que tal sistema de calotas pode ser promissor para aplicações em mídias de gravação magnética / Abstract: In this work we have performed a systematic study on Co/Pd multilayers deposited over self-assembled polystyrene nanospheres (with diameter ranging from 50 to 1000 nm). The film deposited over the nonmagnetic nanosphere forms a magnetic cap with variable thickness. The Co and Pd layer thicknesses were chosen in order to obtain two classes of multilayers, one exhibiting intrinsic in-plane anisotropy and the other exhibiting intrinsic out-of-plane anisotropy, when deposited on flat substrates. The magnetic behavior of the caps¿ arrays with intrinsic out-of-plane anisotropy which we have produced agrees with results recently reported in the literature. The magnetic microstructure of the systems with intrinsic in-plane anisotropy is mainly influenced by three-dimensional shape and size of the caps. The study of those caps included magnetic characterization by Extraordinary Hall Effect, Magneto-Optic Kerr Effect and SQUID, structural analysis by Transmission Electron Microscopy (TEM) and magnetic configuration probing by Magnetic Force Microscopy (MFM). For the smallest spheres (50 and 100 nm in diameter) TEM images show that the cap is segmented into radial nanopillar like structures. Agreeing with our magnetic measurements, we propose that this segmentation induces an effective radial anisotropy in the smallest caps. For the largest caps (500 and 1000 nm in diameter) we have studied the influence of the thickness gradient (probed by TEM) on the effective anisotropy along de cap. In those caps the multilayers are continuous and, correlating magnetic characterizations, TEM images, MFM profiles and micromagnetic simulations, we concluded that the magnetization forms a curling structure in the top of the caps. The so formed magnetic vortex is strongly influenced by the cap¿s shape. We observed that the magnetic vortex core is considerably larger than the ones shown in the literature for vortex in planar discs, indicating that this cap system may be promising for applications in magnetic recording medias / Mestrado / Materiais Magneticos e Propriedades Magneticas / Mestre em Física

Orientadores: Abner de Siervo e Flavio Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_JoseJadsomSampaiode_M.pdf: 4194889 bytes, checksum: 489e23ac30c4fa90808ef2de00ae46d4 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nanopartículas (NPs) metálicas, filmes ultrafinos e sistemas nano-estruturados têm motivado vários estudos teóricos e experimentais devido a novas propriedades eletrônicas, óticas e magnéticas destes materiais. Nas NPs, tais propriedades estão diretamente relacionadas aos efeitos de tamanho (size effect) e superfície, os quais afetam suas estruturas eletrônica e cristalográfica, concentrando um maior número de átomos na superfície em relação ao seu volume. Estudos recentes têm sugerido que alguns metais nobres sem nenhum tipo de ordenamento ferromagnético espontâneo podem apresentá-lo, mesmo a temperatura ambiente, quando segmentados em forma de nanopartículas. Exemplos desses metais são Au e Pd. Apesar dos esforços para provar a existência de comportamento ferromagnético nestes materiais, não existem medidas que demonstrem de forma não ambígua a polarização ferromagnética nos átomos de Pd. Na maioria dos trabalhos mostrados na literatura, o ferromagnetismo é quantificado por magnetometria SQUID. Faz-se necessário, portanto, verificar a existência de ferromagnetismo nestes materiais utilizando-se de técnicas elemento específicas, tais como XMCD (dicroísmo circular magnético de raios X). Esta técnica é muito importante para determinação quantitativa e seletiva dos momentos magnéticos de spin e orbital para cada elemento separadamente. O nosso trabalho se diferencia em relação a estes, pois ao invés de estudarmos cada elemento individualmente trabalhamos com nanopartículas do composto bimetálico Aux Pd1-x (x =0,00, 0,25, 0,50, 0,75) passivadas por tiol. Medidas de SQUID indicaram claramente um sinal magnético nestas nanopartículas, inclusive à temperatura ambiente. Neste trabalho apresentaremos os resultados preliminares da caracterização destas nanopartículas por medidas de SQUID, XANES, XPS, bem como XMCD nas bordas L2,3 do Pd e L3 do Au . Ressaltamos também, o desenvolvimento de uma instrumentação para medidas de XMCD em ambientes de UHV onde é possível submeter às amostras a altos campos magnéticos e condições de baixas temperaturas. Com base nos resultados obtidos discutiremos a possibilidade de ferromagnetismo nestas nanopartículas e sua origem. / Abstract: Metallic Nanoparticles (NP's), ultra-thin films and nano-structured systems have motivated several theoretical and experimental works because of their new electronic optical and magnetic properties of these materials. In NP's, such properties are directly related to the size and surface effects, which affect its electronic and crystallographic structures, by concentrating a larger number of atoms on the surface in relation to their volume. Recent studies have suggested that some noble metals without any kind of spontaneous ferromagnetic order can exhibit it, even at room temperature, when segmented as nanoparticles. Examples of these metals are Au and Pd. Despite the efforts to prove the existence of a ferromagnetic behavior in such materials, there are no measurements that demonstrate unambiguously the ferromagnetic polarization in Pd atoms, for example. Most of the works shown in the literature have used SQUID measurements to characterize the ferromagnetism in these materials. It is therefore necessary to verify the existence of ferromagnetism in these materials by using element specific techniques, such as XMCD (X-ray magnetic circular dichroism). XMCD is a very important technique, which is element selective and performs quantitative determination of the spin and orbital magnetic contributions for each element separately. Our work has a particular difference when compared to others in literature because instead of studying each element individually we have worked with NP's of the bimetallic compound Aux Pd1-x (x = 0.00, 0.25, 0.50, 0.75) capped by thiol. SQUID measurements clearly showed ferromagnetic behavior in these nanoparticles, even at room temperature. In this thesis we will present results of a systematic characterization of these nanoparticles by a multi-technique approach which involves measurements with SQUID, XANES, XPS and XMCD in the L2,3 edges of the Pd and Au L3 edge. We also emphasize the development of a new instrumentation for XMCD measurements at UHV where samples can be submitted to high magnetic fields and conditions of low temperatures. Based on these findings we discuss the possibility of ferromagnetism in these nanoparticles and its origin. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iwamoto_WellingtonAkira_D.pdf: 11664469 bytes, checksum: 8790fc8d822330998a201e2b73fea42c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Sistemas de dimensões reduzidas possuem muitas aplicações tecnológicas. Há uma corrida para o desenvolvimento de dispositivos cada vez menores assim como para alcançar o controle e manipulação de dispositivos na escala nanométrica. Isto requer estudos sistemáticos de propriedades físicas em sistemas de tamanhos reduzidos. O foco deste trabalho é o estudo de Ressonância de Spin Eletrônico (ESR) em sistemas de dimensões reduzidas. Os materiais escolhidos para esse estudo foram filmes finos de GaAs, GaN dopados com Mn (GaMnAs e GaMnN), filmes finos amorfos de silício dopados com terras-raras a-Si:RE (RE = Y, Gd, Er e Lu) e nanopartículas (NPs) dopadas com impurezas magnéticas de terras-raras e metal de transição em matrizes metálicas Ag:R (R = Er, Yb e Mn) e em isolantes NaYF4:Gd. A finalidade desse estudo é explorar as propriedades magnéticas microscópicas destes sistemas. Os resultados das medidas em filmes de GaMnAs e GaMnN indicaram ausência de ferromagnetismo de longo alcance. Os experimentos de ESR mostraram ausência da relação entre largura de linha (?H) de ESR e a concentração de íons de Mn2+, mas foi observado que ?H aumenta conforme o nível de cristalinidade das amostras aumenta. Além disso, há um aumento de ?H em baixas temperaturas para os filmes com maior nível de cristalinidade, sugerindo uma correlação magnética de curto alcance entre os íons magnéticos se estabelecendo nessas amostras. Resultados similares foram encontrados para os filmes de GaMnN, exceto na medida de magnetização em função do campo magnético para GaMnN, a qual podemos observar ¿loops¿ ferromagnéticos abaixo de T ? 50 K ao contrário dos filmes de GaMnAs que não observamos nenhum ¿loop¿ ferromagnético em T = 2 K. Para outro grupo de filmes de a-Si:RE, foi estudado o efeito de redução na densidade de estados ligações pendentes (D0) nos filmes Si dopados com diferentes espécies de terras-raras (RE¿s) em função das diferentes concentrações. De acordo com nossos resultados, a dopagem com RE reduz a intensidade do sinal de ESR dos estados D0 com uma dependência exponencial das concentrações de RE¿s. As NPs de Ag:R e de NaYF4:Gd foram preparadas pelo método químico. Nós observamos uma forma de linha de ESR tipicamente Lorentziana consistente com os estados fundamentais dos íons de Er3+, Yb3+ e Mn2+ em simetria cúbica. O fator g encontrado para esses íons nas NPs é muito próximo ao observado em sistemas isolantes cúbicos, ao contrário do encontrado em metais, onde é observado um deslocamento de g. Além disso, não foi possível observar a relaxação Korringa para as linhas de ESR de Er3+, Yb3+ e Mn2+ no sistema de NPs que é observada, tipicamente, em metais. Logo, esses resultados nos levam a acreditar que a interação de troca (Jfs) entre os momentos localizados dos íons magnéticos (ML) e os elétrons de condução (c-e) está ausente no sistema de NPs de Ag:R, indicando que a natureza desta interação deveria ser reexaminada na escala nanométrica. Para as NPs de NaYF4:Gd, o controle do tamanho da partícula foi adquirido segundo a quantidade de rps = precursor/surfactantes. Não foi observada nenhuma evidência de cluster de Gd e observamos o espectro de ESR com as mesmas características já observadas no sistema bulk : três linhas de ressonância, sendo essas linhas com origens bem controvérsias, das quais não sabemos se é de origem de um campo cristalino de combinações de simetria cúbica com tetragonal ou mesmo rômbica ou mesmo de sítios de Gd3+ com simetrias mais baixas / Abstract: Reduced dimensions systems present many potencial technological applications. There is great interest in the development of small scale devices as well as in the control and manipulation at the nanoscale and in study of finite size on physical properties. The main goal of this work is the study of Electron Spin Resonance (ESR) in systems of reduced dimensions. The materials chosen for this study were thin films of GaAs, GaN doped with Mn (GaMnAs and GaMnN), amorphous silicon thin films doped with rare-earth a-Si:RE (RE = Y, Gd, Er and Lu) and nanoparticles (NPs) doped with magnetic impurities such as of rare earth and transition metal doped Ag:R (R = Er, Yb and Mn) and insulating NaYF4:Gd. The purpose of this study is to explore the microscopic magnetic properties of these systems. The results of the measurements in GaMnAs and GaMnN films indicated absence of long range ferromagnetism. the ESR results reveal no relationship between ESR linewidth (?H) and the Mn2+ concentration in this films. Instead, a broadening of the ESR ?H was found as a function of the increasing in the crystallinity level of the films. Furthermore, for the films with higher level of crystallinity, a significant broadening of the ESR ?H is observed as the temperature is decreased, suggesting the development of short-range magnetic correlations between the Mn2+ ions. Similar results were found for films GaMnN, except in the magnetization versus magnetic field experiments for GaMnN, which we could observe ferromagnetic loops in T < 50 K, in constract of GaMnAs films where no ferromagnetic loop in T = 2 K was found for all measured films. For the other group of films, a-Si, we studied the suppresion effects in the density of dangling bonds species D0 states as function concentration for different Rare-Earth (RE¿s) species. According to our data, the RE-doping reduces the ESR signal intensity of the D0 states with an exponential dependence on the Re¿s concentrations. Ag:R and NaYF4:Gd NPs were prepared by chemical method. We observed a typical Lorentzian line-shape ESR lines for all studied dopants (R = Er, Yb e Mn). The gfactor found for Er3+, Yb3+ e Mn2+ in the nanoparticles is very close to g-value found in ground-states of these ions in insulating cubic systems, in contrast that what was found in metals, where it is observed a g-shift for the metallic system. Furthermore, it was not possible to observe the Korringa relaxation for the ESR lines of Er3+, Yb3+ e Mn2+ in the NPs system typically observed in metals. Therefore, the results suggest that the exchange interaction (Jfs) between localized magnetic moments (ML) and conduction electrons (c-e) is absent in Ag:R NPs, indicating that the nature of this interaction needs to be reexamined at the nanoscale range. For NaYF4:Gd NPs, the particle control size was obtained by the amount of rps = precursor/surfactant. There was no evidence of Gd clusters in our results and we found the same characteristics observed in the bulk system: three resonance lines, with the controversies origins. It is still unknown the source of crystalline field of cubic symmetry with tetragonal combinations or orthorhombic or even Gd3+ sites with lower symmetries / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências