Apresentamos neste trabalho algumas propriedades do transporte de cargas de heteroestruturas contendo pontos-quânticos. Três tópicos foram explorados: no primeiro, observamos um comportamento anômalo nos platôs do efeito Hall quântico, que atribuímos à existência de estados de borda contra-rotativos; no segundo, determinamos o tempo de decoerência do sistema bidimensional de elétrons em função do estágio evolutivo de pontos-quânticos de InAs autoformados nas suas proximidades. Concluímos que a tensão mecânica acumulada durante o crescimento epitaxial \"congela\" os elétrons, reduzindo a taxa de decoerência; finalmente, testamos algumas das possíveis configurações de heteroestruturas visando a construção de fotodetectores baseados em pontos-quânticos. Observamos que a repetição da região-ativa pode ser utilizada como um parâmetro no controle das mobilidades quânticas e, por conseguinte, das propriedades de operação desses detectores. / In this work we present transport properties of heterostructures with quantum-dots. Three subjects were exploited: on the first one, we observed anomalous quantum Hall plateaus, for wich we attributed to the existence of counter-rotating edge-states; on the second subject, we determined the decoherence time of the bidimensional electron system as a function of the evolutionary stage of nearby self-assembled quantum-dots. We concluded the mechanical stress accumulated during the epitaxial growth \"freezes\" the electrons, reducing the decoherence rate; finally, we tested some base-heterostructures of infrared photodetectors. We observed the stacking of active-regions can be used as a parameter to control quantum-mobilities and, as a consequence, the operation properties of such detectors.

Orientador: Lázaro Aurélio Padilha Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-02T09:51:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nagamine_Gabriel_M.pdf: 6846623 bytes, checksum: 1daab6ac65771517c50786728dfce86e (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: Pontos quânticos coloidais (QDs) ternários de CuInS2 (CIS) surgiram como uma alternativa não tóxica, altamente promissora, aos já bem estabelecidos QDs binários de CdX e PbX (X=Se,S). Além de não possuírem metais pesados em sua composição, esses novos materiais apresentam diversas características desejáveis, o que os torna fortes candidatos a serem aplicados em novas tecnologias, tanto em biologia quanto na geração de nova fontes de energia renovável. Além disso, esses QDs apresentam diversas propriedades ópticas que os diferem radicalmente dos QDs binários já conhecidos e ainda são pouco compreendidas. Dentre elas, podemos citar um largo espectro de fotoluminescência (PL), com decaimentos longos e multi-exponenciais e um espectro de absorção pouco definido, com uma longa cauda que vai para o infravermelho. Adicionalmente, esses nanomateriais apresentam um grande Stokes shift, de até 500 meV, cuja origem ainda é desconhecida e amplamente debatida na literatura. Com o intuito de desvendar os mecanismos por trás dessas propriedades distintas, nesse trabalho, realizamos uma série de estudos da sua dinâmica ultrarrápida e de espectroscopia não-linear para revelar a estrutura eletrônica desses QDs. Das medidas de dinâmica ultrarrápida, mostramos uma maneira alternativa de medir-se o tamanho dessas nanopartículas, por meio da sua seção de choque de absorção em 3,1 eV, que seria independente da variabilidade morfológica apresentada por elas. Adicionalmente, fazendo um estudo da dependência das interações multi-éxciton desses QDs com o tamanho, reportamos que esses nanomateriais apresentam interações Coulombianas reduzidas em relação aos QDs binários já conhecidos. Das medidas de espectroscopia não-linear, mostramos a primeira comprovação experimental de que a transição óptica entre os níveis fundamentais da banda de valência e condução é proibida por paridade em partículas esféricas. Além disso, comparando o espectro de absorção de 2 fótons das amostras estudadas com imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), mostramos que quebras na simetria das funções de onda dos portadores nesses QDs alteram as suas regras de seleção para transições ópticas. Adicionalmente, verificamos que, controlando a composição e tamanho desses QDs, é possível obter seções de choque de 2PA de até 13.500 GM dentro da janela de transparência óptica do tecido do corpo humano / Abstract: Ternary CuInS2 (CIS) Colloidal Quantum Dots (QDs) have emerged as a non-toxic promising alternative to the CdX and PbX (X=Se,S) binary QDs. Besides not having heavy metals on their composition, these new materials show several desirable features, which makes them strong candidates to be applied in new technologies, from biology to the new generation of renewable energy sources. Furthermore, these QDs present various optical properties that radically differs from the already well studied binary QDs and yet are not well understood. Among them, we can cite a large photoluminescence (PL) spectra, with long and multi-exponential decays and a poorly defined absorption spectra, with a long infrared tail. Additionally, these nanomaterials present large Stokes shift, up to 500 meV, whose origin is still not well understood and largely debated on the literature. To reveal the mechanism behind these distinguished properties, here, we perform a series of ultrafast spectroscopy and non-linear spectroscopy studies to reveal the electronic band structure of these QDs. From the ultrafast dynamics measurements, we show an alternative way to measure the size of these nanoparticles, through their absorption cross section in 3,1 eV, which would be independent from the morphologic variability presented by them. Additionally, by performing studies of the size dependent multi-exciton interactions, we report that these kind of nanomaterials present reduced Coulombic interactions in relation to de already known binary QDs. From the non-linear spectroscopy measurements, we show the first experimental confirmation that the optical transition between the electron and hole ground state are parity forbidden in the spherical particles. In addition, comparing the two-photon absorption (2PA) spectra of the studied samples with their transmission electron microscopy images, we show that symmetry breaking of the electronic wave functions in these QDs change their optical transition selection rules. Additionally, we verify that, by controlling the size and composition of these QDs, it is possible to obtain 2PA cross section as high as 13,500 GM inside the transparency window of the human tissue / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1547612/2015 / 13/16911-2 / CAPES / FAPESP

Orientador: Carlos Henrique de Brito Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-27T13:12:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PadilhaJunior_LazaroAurelio_D.pdf: 3832856 bytes, checksum: ee1e342cd7bc49e51127fe13ee9ed626 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta tese as propriedades ópticas lineares e não-lineares em pontos quânticos de semicondutores de band-gap diretos, CdTe e CdSe, são estudados em escala temporal de femtossegundos, especialmente aquelas propriedades importantes para aplicações em chaveamento totalmente óptico, como o tempo de resposta e a susceptibilidade de terceira ordem. Os processos de recombinação de elétrons fotoexcitados são investigados assim como seus tempos de resposta, usando um modelo teórico que considera a influência dos estados de armadilhas de superfície e da recombinação Auger. As propriedades ópticas não lineares de terceita ordem, absorção de dois fótons e efeito Kerr óptico, são estudados através de diferente técnicas experimentais: Z-scan, bombeio e prova e foto-luminescência excitada por dois fótons. Forte influência do tamanho dos nanocristais é observada, especialmente nos espectros de absorção de dois-fótons. Modelos teóricos baseados na aproximação de massa efetiva e no modelo p k de Kane são usados para descrever a influência do confinamento quântico nos processos de absorção de dois-fótons degenerados e não-degenerados. A importância da mistura das bandas de buracos é observada no ajuste teórico dos espectros de absorção de dois fótons. Finalmente, chaves totalmente ópticas operando por saturação de absorção e por controle de polarização são demonstradas para pontos quânticos de CdTe em matriz vítrea / Abstract: In this thesis the linear and non-linear optical properties of direct band-gap semiconductors, CdTe and CdSe, quantum dots are studied at femtosecond time scale, mainly those properties important for applications in all-optical switching such as response time and third order susceptibility. The photo-excited electron recombination processes are investigated as well their response time using a theoretical model considering the influence of the surface trapping states and the Auger recombination. The third order nonlinear optical properties, two-photon absorption and optical Kerr effect, are studied by different experimental techniques: Z-scan, pump and probe and two-photon induced photo-luminescence. Strong influence from the nanocrystals size is observed, especially on the two-photon absorption spectra. Theoretical models based on the effective mass approximation and Kane¿s p k model are used to describe the influence of the quantum confinement on the degenerate and non-degenerate two-photon absorption processes. The importance of the hole band mixing is easily seen from the two-photon absorption fitting. Finally, all-optical switching by absorption saturation and polarization control are demonstrated for CdTe quantum dots in doped glass / Doutorado / Propriedades Óticas e Espectroscopia da Matéria Condensada ; Outras Inter. da Matéria Com. Rad. e Part / Doutor em Ciências

SOUSA, Ariel Adorno de. Vazamentos de corrente e ineficiência de transporte em nanoestruturas semicondutoras investigadas através de propagação de pacotes de onda. 2015. 149 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-11T18:23:58Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_aasousa.pdf: 11602478 bytes, checksum: 96b288e68aacaf0da271842e48706b70 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-11T18:24:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_aasousa.pdf: 11602478 bytes, checksum: 96b288e68aacaf0da271842e48706b70 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-11T18:24:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_aasousa.pdf: 11602478 bytes, checksum: 96b288e68aacaf0da271842e48706b70 (MD5) Previous issue date: 2015 / Advances in growth techniques have made possible the fabrication of quasi one-dimensional semiconductor structures on nanometric scales, called quantum dots, wires, wells and rings. Interest in these structures has grown considerably not only due to their possible applications in electronic devices and to their easy chemical manipulation, but also because they offer the possibility of experimentally exploring several aspects of quantum confinement, scattering and interference phenomena. In particular, in this work, we investigate the electronic and transport properties in quantum wells, wires and rings, whose dimensions can be achieved experimentally. For this purpose, we solve the time-dependent Schrödinger equation using the split-operator method in two dimensions. We address four different problems: in the first one, the electronic transport properties of a mesoscopic branched out quantum ring are discussed in analogy to the Braess Paradox of game theory, which, in simple words, states that adding an extra path to a traffic network does not necessarily improves its overall flow. In this case, we consider a quantum ringindex{Quantum ring} with an extra channel in its central region, aligned with the input and output leads. This extra channel plays the role of an additional path in a similar way as the extra roads in the classical Braess paradox. Our results show that in this system, surprisingly the transmission coefficient decreases for some values of the extra channel width, similarly to the case of traffic networks in the original Braess problem. We demonstrate that such transmission reduction in our case originates from both quantum scattering and interference effects, and is closely related to recent experimental results in a similar mesoscopic system. In the second work of this thesis, we extend the first system by considering different ring geometries, and by investigating the effects of an external perpendicular magnetic field and of obstructions to the electrons pathways on the transport properties of the system. For narrow widths of the extra channel, it is possible to observe Aharonov-Bohm oscillations in the transmission probability. More importantly, the Aharonov-Bohm phase acquired by the wave function in the presence of the magnetic field allows one to verify in which situations the transmission reduction induced by the extra channel is purely due to interference. We simulate a possible closure of one of the paths by applying a local electrostatic potential, which can be seen as a model for the charged tip of an atomic force microscope (AFM). We show that positioning the AFM tip in the extra channel suppresses the transmission reduction due to the Braess paradox, thus demonstrating that closing the extra path improves the overall transport properties of the system. In the third work, we analyze the tunneling of wave packets between two semiconductor quantum wires separated by a short distance. We investigate the smallest distance at which a significant tunneling between the semiconduting wires still occur. This work is of fundamental importantance for the manufacturing of future nanostructured devices, since it provides information on the minimum reasonable distances between the electron channels in miniaturized electronic circuits, where quantum tunnelling and interference effects will start to play a major role. In the last work of this thesis, we investigate the binding energy of the electron-impurity pair in a GaN/HfO2 quantum well. We consider simultaneously the contributions of all interactions in the self-energy due to the dielectric constant mismatch between materials. We investigate the electron-impurity bound states in quantum wells of several widths, and compared the results for different impurity positions. / Os avanços nas técnicas de crescimento tornaram possível a fabricação de estruturas semicondutoras quase-unidimensionais em escalas nanométricas, chamadas pontos, fios, poços e anéis quânticos. Interesse nessas estruturas tem crescido consideravelmente, não só devido às suas possíveis aplicações em dispositivos eletrônicos e à sua manipulação química fácil, mas também porque eles oferecem a possibilidade de explorar experimentalmente vários aspectos de confinamento quântico, espalhamento e fenômenos de interferência. Em particular, neste trabalho, investigamos as propriedades eletrônicas e de transporte em poços quânticos, fios e anéis, cujas dimensões podem ser alcançados experimentalmente. Para isto, resolvemos a equação de Schrödinger dependente do tempo utilizando o método Split-operator em duas dimensões. Nesta tese, abordamos quatro trabalhos, sendo o primeiro uma analogia ao Paradoxo de Braess para um sistema mesoscópico. Para isso, utilizamos um anel quântico com um canal adicional na região central, alinhado com os canais de entrada e saída. Este canal extra faz o papel do caminho adicional em uma rede de tráfego na teoria dos jogos, similar ao caso do paradoxo de Braess. Calculamos as auto-energias e a evolução temporal para o anel quântico. Surpreendentemente, o coeficiente de transmissão para algumas larguras do canal extra diminuiu, semelhante ao que acontece com redes de tráfego, onde a presença de uma via extra não necessariamente melhora o fluxo total. Com a analise dos resultados obtidos, foi possível determinar que neste sistema o paradoxo ocorre devido a efeitos de interferência e de espalhamento quântico. No segundo trabalho, foi feita uma extensão do primeiro, (i) aplicando-se um campo magnético, onde foi possível obter o efeito Aharonov-Bohm para pequenos valores do canal extra e controlar efeitos de interferência responsáveis pelo paradoxo mencionado, e (ii) fazendo também a aplicação de um potencial que simula a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) interagindo com a amostra - este potencial é repulsivo e simula um possível fechamento do caminho em que o pacote de onda se propaga. Assim, neste trabalho, realizamos uma contra-prova do primeiro, onde observamos que com o posicionamento da ponta do AFM sobre canal extra, se diminui o efeito de redução de corrente devido ao paradoxo de Braess. No terceiro trabalho, realizamos uma análise de tunelamento entre dois fios quânticos separados por uma certa distância e calculamos qual a menor distância para qual ocorre tunelamento significativo nesse sistema eletrônico. Este trabalho é de fundamental importância para o manufaturamento de dispositivos nanoestruturados, porque nos permite investigar qual a distância mínima para a construção de um circuito eletrônico sem que haja interferências nas transmissões das informações. No quarto e último trabalho desta tese, investigamos a energia de ligação do elétron-impureza em GaN/HfO2 para um poço quântico. Consideramos simultaneamente as contribuições de todas as interações das auto-energias devido ao descasamento das constantes dielétricas entre os materiais. Foram estudados poços largos e estreitos, comparando os resultados para diferentes posições da impureza e a contribuição da auto-energia para o sistema.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / PbS quantum dots has been grown in oxide glasses by two distinct methodologies according to the dopants, using the fusing method at 1200ºC. The host glass matrices used were SNAB (SiO2.Na2CO3.Al2O3.B2O3) and SNABP (SiO2.Na2CO3.Al2O3.B2O3.PbO2), with PbS bulk and S (sulphur) added as dopants, respectively. Thermal treatments were applied in a systematic way in order to allow a controlled growth of quantum dots. Different experimental techniques were realized in order to study the growth kinetic of dots as a function of thermal treatment times and dopant concentrations. It was analyzed thermal properties of the glass matrices by Calorimetry Scanning Diferencial (DSC). Many techniques have allowed discussion of the optical properties by Optical Absorption (OA) and Photoluminescence (PL), morphologic properties by Atomic Force Microscopy (AFM), and structural properties by X-Ray Diffractometry (DRX) of the nanocrystals. Qualitative and quantitative analyse of the chemical composition of the samples has been possible by spectrometry of Fluorescence of Raios-X (FRX). Using the ] 4 4 [ . × p k r r method we were able to estimate the avarage diameter of the PbS quantum dots. Calculations of dispersion sizes of PbS quantum dots, from the AO bands, has been presented. We have found the dependence between the quantum dot gap and the dopant concentrations. The relation between the Stokes Shift and the average size of the PbS quantum dots was also presented. Through the previous results, we have defined the methodology referring the host glass matrix SNABP with S bulk added as the most favorable to the growth PbS quantum dots with low size dispersion. / Pontos Quânticos de PbS foram sintetizados em vidros à base de óxidos, a partir duas metodologias distintas quanto a dopagens, pelo método da fusão a 1200ºC. As matrizes vítreas hospedeiras utilizadas foram: SNAB (SiO2.Na2CO3.Al2O3.B2O3) e SNABP (SiO2.Na2CO3.Al2O3.B2O3.PbO2), e os dopantes adicionados à elas foram PbS bulk e S (enxôfre), respectivamente. Tratamentos Térmicos variados e adequados foram efetuados nestas amostras para permitir o crescimento controlado dos pontos quânticos de PbS. Com o objetivo de estudar e acompanhar a cinética de crescimento destes pontos em função dos tempos de tratamentos térmicos e das variadas concentrações de dopantes, foram efetuadas várias técnicas de caracterizações. Estas permitiram análises das propriedades térmicas dos vidros por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC); ópticas, por Absorção Óptica (AO) e Fotoluminescência (PL); morfológicas, por Imagens de Microscopia de Força Atômica (AFM); e estruturais, por Difratometria de Raios-X (DRX) dos referidos nanocristais. Análises qualitativas e quantitativas das composições químicas das amostras sintetizadas neste trabalho foram possíveis através da técnica de espectrometria de Fluorescência de Raios-X (FRX). Com o auxilio do método ] 4 4 [ . × p k r r , foi possível estimar o diâmetro médio dos pontos quânticos de PbS. Cálculos de dispersão de tamanhos ξ a partir da largura a meia altura (W) das bandas de AO e discussões sobre a dependência de energia e o tamanho médio dos pontos quânticos foram apresentados e discutidos. Mostrouse graficamente a relação de dependência entre o Gap dos pontos quânticos e as concentrações de dopantes adicionados às matrizes vítreas. Apresentou-se de forma gráfica a relação entre o deslocamento Stokes e o tamanho médio dos pontos quânticos de PbS. A partir de análises dos resultados obtidos, definiu-se então a metodologia correspondente à matriz SNABP dopada com S bulk como sendo a mais favorável para a formação e crescimento dos pontos quânticos de PbS com menor dispersão de tamanhos entre si. / Mestre em Física

In this work we studied the effects of coherent laser in a system formed by a quantum dot (QD) in a nanocavity. Initially we investigated the case where the energy of an éxciton are in resonance with the cavity mode and we vary the frequency of the laser. During our simulation we have used pulsed and continuos laser. We consider only the éxciton state of the QD, and in situations where both the laser and the cavity mode are close to resonance, allowing us to use the rotating wave approximation. The QD was treated as a two-level system and the cavity containing a maximum of four photons. For this study we used the Jaynes-Cummings model with an extra term related to the external pulse, which was used to manipulate quantum states. This was done with the help of diagonalization of the approximated Hamiltonian and searching for anticrossings in its energy spectrum. Then we use a continuous laser and the technique of calculating the average occupational each state to do a better mapping of the parameter values required to make the manipulation of quantum states. We found that the system can be manipulated using the process of two or more photons, and the energies of these photons could be estimated using a mapping procedure developed in this dissertation. / Neste trabalho estudamos os efeitos da incidência de um laser coerente num sistema formado por um ponto quântico (PQ) no interior de uma nanocavidade. Inicialmente investigamos o caso em que a energia de um éxciton formado no PQ está em ressonância com um modo da cavidade e variamos a frequência do laser incidente. Usamos laser contínuo e pulsado em nossas simulações. O ponto quântico foi tratado como um sistema de dois níveis e consideramos que a cavidade contém no máximo quatro fótons. Para este estudo foi utilizado o modelo de Jaynes-Cummings com acréscimo de um termo relacionado com o pulso externo usado para manipular os estados quânticos, que foi feito com o auxílio da diagonalização do Hamiltoniano aproximado e procurando por anticruzamentos no seu espectro de energia. Consideramos apenas o estado de éxciton no PQ, e situações em que tanto o laser como o modo da cavidade estão próximos à energia de ressonância, o que nos permitiu usar a aproximação de ondas girantes. Utilizamos um laser contínuo e calculamos a média ocupacional de cada estado para fazer um melhor mapeamento dos valores dos parâmetros necessário para realizar a manipulação dos estados quânticos. Encontramos que o sistema pode ser manipulado usando processo de dois ou mais fótons, sendo que as energias destes fótons podem ser estimadas usando um procedimento de mapeamento desenvolvido nesta dissertação. / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4173293 bytes, checksum: b97bdde9738a247557cc099fc80a29af (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, a novel chemiluminescence method using flow-batch analysis for the determination of iron in viscous samples (edible oil, lubricating oil and biodiesel) employing cadmium telluride quantum dots (CdTe QDs) with detection by digital images from webcam was developed. The analytical method proposed a novel strategy includes a pretreatment of the sample that constitutes on-line availability of total iron by acid extraction in one step. In the automatic pre-treatment, a new strategy was developed for chemiluminescent emission, whereby the available analyte was oxidized to Fe(III) in the presence of dichromate ions and reduced to Fe(II) by direct oxidation of CdTe QDs, allowing promote chemiluminescent emission of these nanocrystals. The influence of the size and concentration QDs in this system was estimated revealing a higher sensitivity and selectivity for the small crystals obtained (1.65 nm). Concerning the flow-batch analysis a new mixing chamber was developed in polytetrafluoroethylene (PTFE) provided with quartz windows in order to allow luminescent probes online. A novel management program the automatic system was developed enabling rapid acquisition and efficient handling of digital images without the need to use another program to tratamendo the information obtained. For the construction of the analytical curve-based mathematical model in the RGB color values was used, therefore, considered the norm of vectors in response. The limit of detection and relative standard deviation were calculated to be 0.66 μg mL 1 and < 1.5 % (n = 3), respectively. The analysis of interfering was successful for the major ions present in solution, revealing significant percentage interference (≤ 5 %). The precision of the method was evaluated by recovery test (97.5 to 103.3 %). The robustness of the method was evaluated by intra- and inter- day comparison of the results obtained and using the reference method with detection by atomic absorption graphite furnace at a 95% level of statistical confidence. Finally, the system showed quite satisfactory analytical frequency (43 h 1) and considerably reducing the consumption of chemicals. Thus, it is demonstrated appreciably the viability of new chemiluminescent method, thus allowing the development of new analytical strategies employing potentially useful quantum dots, automation and digital images. / Neste trabalho de pesquisa foi desenvolvido um novo método quimiluminescente em fluxo-batelada para determinação de ferro total em matrizes viscosas (óleo comestível, óleo lubrificante e biodiesel) empregando pontos quânticos de telureto de cádmio (PQs de CdTe) com detecção por imagens digitais via webcam. O método analítico proposto inclui uma nova estratégia de pré-tratamento da amostra que consiste na disponibilização on-line do ferro total por meio de extração ácida em fase única. Além do pré-tratamento automático, uma nova estratégia para emissão quimiluminescente foi desenvolvida, através da qual todo o analito disponível foi oxidado para Fe(III) na presença de íons dicromato e reduzido para Fe(II) mediante o processo de oxidação direta dos PQs de CdTe, o que permitiu promover a emissão quimiluminescente desses nanocristais. A influência do tamanho e concentração dos PQs nesse sistema foi avaliada revelando uma maior sensibilidade e seletividade para os cristais obtidos de menor dimensão (1,65 nm). Concernente ao sistema automático fluxo-batelada uma nova câmara de mistura foi desenvolvida em politetrafluoretileno (PTFE) provida de janelas de quartzo com o objetivo de permitir detecções luminescentes on-line. Um novo programa de gerenciamento do sistema automático foi desenvolvido permitindo uma rápida aquisição e eficiente tratamento das imagens digitais, sem a necessidade de empregar qualquer outro programa para o tratamento da informação obtida. Para a construção da curva analítica foi utilizado um modelo matemático baseado nos valores de cor RGB, sendo assim, considerada a norma dos vetores como resposta. O limite de detecção e o desvio padrão relativo foram calculados em 0,66 μg L 1 e < 1,5 % (n = 3), respectivamente. A análise de interferentes foi realizada com êxito para os principais íons presentes em solução, não revelando interferência percentual significativa (≤ 5%). A exatidão do método foi avaliada através do teste de recuperação (97,5 103,3 %). A robustez do método foi avaliada por comparação intra- e inter-dia dos resultados obtidos e empregando o método de referência com detecção por absorção atômica em forno de grafite em um nível de 95% de confiança estatística. Por fim, o sistema apresentou frequência analítica bastante satisfatória (43 h 1) e redução considerável do consumo de produtos químicos. Desta forma, é demonstrado de modo apreciável a viabilidade do novo método quimiluminescente, permitindo assim, o desenvolvimento de novas estratégias analíticas potencialmente úteis empregando pontos quânticos, automação e imagens digitais.

Apresentamos neste trabalho algumas propriedades do transporte de cargas de heteroestruturas contendo pontos-quânticos. Três tópicos foram explorados: no primeiro, observamos um comportamento anômalo nos platôs do efeito Hall quântico, que atribuímos à existência de estados de borda contra-rotativos; no segundo, determinamos o tempo de decoerência do sistema bidimensional de elétrons em função do estágio evolutivo de pontos-quânticos de InAs autoformados nas suas proximidades. Concluímos que a tensão mecânica acumulada durante o crescimento epitaxial \"congela\" os elétrons, reduzindo a taxa de decoerência; finalmente, testamos algumas das possíveis configurações de heteroestruturas visando a construção de fotodetectores baseados em pontos-quânticos. Observamos que a repetição da região-ativa pode ser utilizada como um parâmetro no controle das mobilidades quânticas e, por conseguinte, das propriedades de operação desses detectores. / In this work we present transport properties of heterostructures with quantum-dots. Three subjects were exploited: on the first one, we observed anomalous quantum Hall plateaus, for wich we attributed to the existence of counter-rotating edge-states; on the second subject, we determined the decoherence time of the bidimensional electron system as a function of the evolutionary stage of nearby self-assembled quantum-dots. We concluded the mechanical stress accumulated during the epitaxial growth \"freezes\" the electrons, reducing the decoherence rate; finally, we tested some base-heterostructures of infrared photodetectors. We observed the stacking of active-regions can be used as a parameter to control quantum-mobilities and, as a consequence, the operation properties of such detectors.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-20T12:53:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO- VERSÃO FINAL -Biblioteca.pdf: 3304564 bytes, checksum: be295edea976cdf452e4a26cacd96e9e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T12:53:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO- VERSÃO FINAL -Biblioteca.pdf: 3304564 bytes, checksum: be295edea976cdf452e4a26cacd96e9e (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / FACEPE / Com o avanço da nanotecnologia, o uso de nanopartículas (NPs) metálicas, e semicondutoras, no desenvolvimento de biossensores vem aumentando nos últimos anos. Sua utilização vem proporcionando um aumento da área superficial, promovendo uma imobilização mais efetiva de biomoléculas, e espécies eletroativas, a fim de melhorar a sensibilidade de detecção do biossensor. Dentre essas NPs, estão os pontos quânticos (PQs), nanocristais com propriedades ópticas e semicondutoras únicas, as quais podem ser moduladas por seu tamanho. Os PQs podem ser utilizados em plataformas para biossensores eletroquímicos através de sua imobilização como intermediários entre o bioreceptor e a superfície do eletrodo. Nesse contexto, esse trabalho objetivou empregar e avaliar a utilização de PQs de CdTe carboxilados em uma plataforma biossensora eletroquímica baseada em eletrodo de carbono vítreo modificado com polipirrol aminado. Posteriormente, o anticorpo IgG (Imunoglobulina G Humana) foi imobilizado e a plataforma foi aplicada na detecção do anti-IgG. A imobilização dos PQs e do IgG foi avaliada de forma covalente e por adsorção. No primeiro caso, o eletrodo modificado pelo pirrol aminado foi imerso por 24 horas em uma solução contendo 2 mmol L-1 de EDC e 5 mmol L-1 de Sulfo-NHS para a formação de ligações amidas entre os PQs e a superfície modificada. Antes da imobilização do IgG, foram realizados estudos de conjugação em meio homogêneo a partir do ensaio fluorescente em microplaca (EFM). Esse estudo foi realizado a fim de correlacionar a conjugação nos meios homogêneo/heterogêneo e desenvolver um método com fins de aprimorar com maior rapidez a imobilização de biomoléculas na plataforma biossensora. Dessa forma, após o EFM, a superfície modificada por PQs foi avaliada frente a diferentes quantidades de IgG, EDC e Sulfo-NHS, adquiridas através da melhor e pior condição da EFM. A partir do resultado do EFM, foi adotada como melhor condição a do sistema com a maior quantidade de EDC e Sulfo-NHS e menor concentração de IgG, o qual apresentou um aumento relativo da fluorescência de 960%, enquanto que a pior condição foi obtida a partir da menor quantidade de agentes de acoplamento e de IgG, com aumento relativo da fluorescência de 80%. Todas as etapas de modificações do eletrodo foram monitoradas por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Para o eletrodo de carbono vítreo modificado com polipirrol aminado, as análises eletroquímicas não apresentaram grandes variações em relação ao eletrodo limpo. Já com a imobilização dos PQs de CdTe carboxilados, os resultados indicaram uma redução no processo de transferência de carga, evidenciado através da diminuição e do deslocamento da corrente de pico na região de oxidação da voltametria cíclica, e do aumento do semicírculo apresentado nos dados da impedância eletroquímica. Posteriormente, a voltametria cíclica na presença do anticorpo IgG apresentou também uma diminuição e um deslocamento gradual das correntes de pico catódicas e anódicas, indicando a imobilização dessa biomolécula na superfície do eletrodo. As análises de EIE foram coerentes com as da VC. Foi observada correlação entre as avaliações no eletrodo e na EFM, indicando que a melhor condição no EFM será uma escolha efetiva para a plataforma. Os resultados também indicaram que os PQs e IgGs foram imobilizados preferencialmente de forma covalente. As avaliações preliminares também indicaram que a interface modificada por pirrol aminado e PQs carboxilados foi capaz de detectar anti-IgGs na faixa de ng mL-1, revelando-se como um potencial para ser utilizada na detecção de biomarcadores de diagnóstico. / The use of metallic, and semiconductor, nanoparticles (NPs) for developing biosensors has been expanding in recent years. NPs can provide an increase of the biosensors’ surface area, by promoting a more effective immobilization of biomolecules, as well as electroactive species, in order to improve the sensitivity of these devices. Among these NPs, there are the quantum dots (QDs), nanocrystals with unique optical and semiconductor properties that can be applied in electrochemical biosensors platforms as intermediaries between bioreceptors and the electrode surface. Thus, in this context, this study aimed to evaluate and employ carboxyl-coated CdTe PQs in an electrochemical platform based on a vitreous carbon electrode modified by amino functionalized polypyrrole. Subsequently, the IgG (human immunoglobulin G) antibody was immobilized on the platform that was tested by detecting anti-IgG biomolecules. The QDs, as well as the IgG, immobilization was evaluated by covalent coupling and by adsorption. In the first case, the electrode modified by polypyrrole was immersed, for 24 hours, in a solution containing 2 mmol L-1 of EDC and 5 mmol L-1 of Sulfo-NHS to promote amide bonds between the modified surface and QDs. Before IgG immobilization, conjugation experiments were also performed in homogeneous medium by using the fluorescent microplate assay (FMA). This study was conducted to correlate the conjugations in homogeneous/heterogeneous media in order to develop a method for improving more quickly the biomolecules’ immobilization on the biosensor platform. Thus, after the EFM, the electrode modified by QDs was evaluated by using different amounts of IgG, EDC and Sulfo-NHS, acquired from the best and the worst condition of FMA. From the result of the FMA, it was adopted as the best system that one composed by the greatest amount of EDC and Sulfo-NHS and by the lower concentration of IgG (which had a relative fluorescence increase of 960%), while the worst condition was obtained by the one that used the lower amounts of coupling agents and IgG (with relative increase in the fluorescence of 80%). All stages of the electrode modifications were monitored by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical analysis for the vitreous carbon electrode modified with amino functionalized polypyrrole showed no differences compared to the clean electrode. However, after the immobilization of CdTe carboxylate QDs, the results showed a decrease in the charge transfer process. Subsequently, the cyclic voltammetry in the presence of the IgG antibody also presented a decrease and a gradual displacement of the cathodic and anodic peak currents, indicating the immobilization of this biomolecule on the electrode surface. EIS analyses were consistent with those performed by VC. A correlation was observed between the evaluations in the electrode and the FMA, indicating that the best condition in the FMA is an effective choice for the platform. The results also indicated that QDs and IgGs were preferably immobilized by covalent coupling. Preliminary evaluations have also indicated that the platform, modified by amino functionalized pyrroles and carboxyl-coated QDs, was able to detect anti-IgG in the range of ng mL-1, showing to be a potential platform for the detection of diagnostic biomarkers.

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mialichi_JoseRoberto_D.pdf: 4426656 bytes, checksum: f54944bc3408b22608afdd373e3445dd (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese de doutorado apresenta resultados experimentais do crescimento de pontos quânticos de InAs diretamente sobre InGaAsP de baixa energia de bandgap (?g=1420 nm), cujo desenvolvimento visa a obtenção de um meio ativo com emissão na banda C (1520¿1570 nm) para a fabricação de ressonadores de microdisco. Baseado em resultados de fotoluminescência e microscopia de força atômica, o fenômeno da inter-difusão de elementos na interface InAs/InGaAsP é proposto e calculado, indicando a presença de Gálio e Fósforo na composição dos pontos quânticos. O ganho óptico de pontos quânticos de InAs crescidos sobre InGaAsP é também calculado com base nos resultados obtidos na análise de inter-difusão. Subseqüentemente, a teoria dos modos ressonantes no microdisco, particularmente os modos chamados whispering gallery modes (WGMs), é desenvolvida com o intuito de auxiliar os cálculos de fator de qualidade, fator de confinamento e corrente de limiar. Uma estrutura multicamada (diodo PIN) com região ativa baseada em pontos quânticos do sistema InAs/InGaAsP foi crescida por epitaxia de feixe químico (CBE) para a fabricação de ressonadores de microdisco. A fabricação dos microdiscos é feita por litografia óptica, corrosão por plasma de íons e ataque químico seletivo de InP. Feixe de íons focalizados (FIB) foi usado para substituir o ataque por plasma para diminuir a rugosidade das paredes dos discos. Os ressonadores de microdiscos são caracterizados elétrica e opticamente e os resultados são confrontados com base nos resultados teóricos apresentados ao longo da tese. Com base nos resultados das caracterizações eletro/ópticas dos ressonadores, correções como a inclusão de perdas ópticas da rugosidade da borda e aquecimento local foram acrescidas ao modelo teórico, resultando em boa concordância com os resultados experimentais. Por fim, apresentamos o desenvolvimento de dispositivos híbridos a partir de polímeros orgânicos depositados diretamente sobre microdiscos de InGaAs com o objetivo de integrar meio ativo orgânico com ressonadores inorgânicos para aplicações em optoeletrônica. Estes resultados foram obtidos durante o programa de doutorado com estágio no exterior no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (NNL) vinculado à Università del Salento (Lecce/Itália) / Abstract:This doctorate¿s thesis presents the growth of InAs quantum dots directly on high bandgap InGaAsP (?g=1420 nm) barriers to be used as the active region of microdisk resonators with emission in the C-band (1520¿1570 nm). Based on photoluminescence and atomic force microscopy experiments, the occurrence of inter-diffusion on the InAs/InGaAsP interface is calculated, suggesting the presence of Gallium and Phosphorus in the quantum dots (QDs) composition. Based also on the inter-diffusion results, the optical gain of the InAs QDs is calculated. Subsequently, microdisk resonator whispering gallery modes (WGMs) are calculated and employed to predicting the cavity quality and confinement factors, as well as the threshold current. A PIN diode with an active region based on InAs QDs was grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) for the fabrication of current injected microdisk resonators. Microdisk fabrication process is performed using photolithography, reactive ion etching and InP selective wet-etching. Focused ion beam is used to replace the plasma etching in order to reduce the roughness of the disk¿s edge. Microdisks resonators are characterized electrically and optically and the measurements are analyzed based on the theoretical results presented along this thesis. Based on these measurements, optical losses caused by disk¿s edge roughness and local heating are added to our simulation tool, resulting in better agreement with the experimental results. Finally, we present the development of hybrid resonators using organic polymer deposited directly on inorganic microdisks integrating an organic active medium with inorganic resonators for optoelectronic applications. These results were obtained during our work at the National Nanotechnology Laboratory (NNL) and the University of Salento (Lecce/Italy) / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Física