Orientadores: Gerald Weber, Luiz E. Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T01:45:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlcaldeMilla_AugustoMiguel_D.pdf: 3979216 bytes, checksum: 9a6b495e648cdb87d7a6e81c9a83b356 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A interação entre elétrons e fônons é um importante ingrediente para qualquer discussão realista das propriedades ópticas em sistemas de dimensão reduzida. É também relevante para determinar a dinâmica de portadores em dispositivos semicondutores e para o estudo das transições radiativas em dispositivos fotônicos. Adicionalmente, existe muito interesse nos possíveis mecanismos de termalização de portadores fora do equilíbrio. Em pontos quânticos e outras nanoestruturas semicondutoras, os níveis eletrônicos e os modos vibracionais possuem um caráter discreto devido ao confinamento das três dimensões. O espectro de fônons em pontos quânticos consiste de modos confinados e modos de superfície associados às interfaces. O modelo macroscópico continuo é usado para determinar as hamiltonianas e os autovalores dos modos vibracionais. Os termos de acoplamento elétron-fônons são também determinados a partir de esta teoria. Medidas de espalhamento Raman corroboram a validade dos modelos contínuos e o caráter discreto dos modos vibracionais. Nesta tese revisamos alguns aspectos dos processos de relaxação em pontos e poços quânticos semicondutores. Discutimos os principais problemas associados ao cálculo de relaxação de portadores principalmente em pontos quânticos, tais como: (i) O comportamento quase atômico dos níveis eletrônicos. (ii) As dificuldades na descrição da densidade de estados. (iii) O caráter discreto dos modos vibracionais. (iv) A possível aparição de osciladores de Rabi. (v) O efeito phonon bottleneck. Nossos cálculos incluem efeitos de alargamento homogêneo nos níveis eletrônicos e não-homogêneos e estudamos processos de relaxação via modos ópticos e acústicos. Em particular, mostramos que a inclusão destes efeitos produzem significativas mudanças nas taxas de transição quando comparadas com taxas obtidas a partir da suposição de níveis absolutamente discretos. Para poços quânticos, calculamos taxas de transição intra e intersub-banda com contribuições de modos confinados e de interface em sistemas com forte não-parabolicidade. Observamos que as taxas de transição intra e intersub-banda em geral aumentam, exepto em algumas situações de confinamento fraco. Os efeitos da não-parabolicidade são mais importantes para transições que envolvem níveis altos de energia. Nosso trabalho evidencia a importância da análise da integral de overlap, já que esta quantidade é sensível às mudanças das funções de onda eletrônicas e dos potenciais associados com os modos de oscilação presentes em sistemas de baixa dimensionalidade / Abstract: The interaction between electrons and phonons is a very important ingredient for any realistic discussion of optical properties in quantum dosts. It is also fo relevance for determining the carrier dynamics in small, fast semiconductor devices and the study of radiative transitions is of importance for photonic devices. Additionally, there is much interest attached to possible mechanisms of nonequilibrium carrier termalization. In a semiconductor quantum dot and other nanostructures not only the electron levels by also the lattice vibration modes become descrete due to the three dimensional confinement. It has been found that the LO - phonon spectrum consists of confined modes and surface modes, which are associated with the interfaces. The dielectric continuum approximation is used to derive expressions of the eigenfuncitons corresponding to the confined - LO phonon modes and surface modes and obtained the coupling Hamiltonian for these modes. Recent resonant Raman scattering measurements confirmed the confined character of the phonon structure. In this work we revise the current issues on carrier relaxation in simiconductor quantum dots and quantum wells. We discuss the common theoretical problems addressed for the calculations of carrier relaxations in quantum dots, such as: the question of atomic - like discrete energy level, the so - called phonon bottleneck problem in quantum dots, the discreteness of phonon modes versus phonon bulk-like dispersion. In particular we will demonstrate that the "phonon bottleneck" removed by considering level broadening, i. e., by not considering the levels as atomic - like. Particulary, we showed that effects of inhomogeneous broadening due to quantum dot size distribution are also considered, and are shown to modify considerably the relaxation rates. For quantum wells, we have calculated the scattering rates for intrasubband and intersubband transitions due to electron - confined and interface - phonon interaction in quantum wells with strong subband nonparabolicity. We find that for intra and intersubband transitions the scattering rates are in general increased, except in some situations of low confinement. In particular for higher subbands and larger electron confinement the nonparabolicity effects becomes more important. We put into evidence that it is important to pay attention to the analysis of the overlap integral, since this parameter is not only sensitive to the variations of the electronic wave functions, but also to the electrostatic potential generated by the several phonon modes present in low dimensional systems / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-20T16:55:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_CarlosRobertoMendesde_D.pdf: 3054666 bytes, checksum: 36600d9d6ed62c8a18e33e437f51bea0 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Fotodetectores baseados em poços quânticos (QWIPs Quantum¬-Well Infrared Photodetectors) possuem inúmeras aplicações nos campos da medicina, engenharia, defesa e monitoramento meteorológico e ambiental. O espectro de absorção dos QWIPs possui alta seletividade do comprimento de onda, e esse tipo de fotodetector é a escolha atual para a fabricação de câmeras de alta resolução operando no infravermelho. Atualmente, o Brasil enfrenta uma limitação na importação desse tipo de tecnologia, imposta pelos países mais desenvolvidos, devido à possibilidade de ser usada em aplicações militares. Neste trabalho, propomos o desenvolvimento e a fabricação de novos fotodetectores baseados em transições intrabanda em poços quânticos crescidos por epitaxia de feixes moleculares sobre substratos de GaAs. O crescimento epitaxial dos poços quânticos foi investigado, e as amostras foram analisadas por fotoluminescência (PL, Photoluminescence) de modo a verificarmos a qualidade e reprodutibilidade das heteroestruturas produzidas. O cálculo dos níveis de energia e das funções de onda dos poços quânticos foi feito por meio da implementação numérica do método da matriz de transferência [21] no software Mathematica. Esse método também foi aplicado ao cálculo autoconsistente envolvendo a dopagem da estrutura. A partir dos valores das energias de confinamento e das funções de onda obtidas pelo programa, algumas grandezas físicas puderam ser estimadas tais como o coeficiente de absorção teórico, a corrente de escuro e o ruído. Também foi implementado um modelo para o cálculo dos níveis de energia de uma impureza hidrogenóide dentro de um poço quântico de GaAs com barreiras de AlGaAs. Acredita-se que esse sistema possua melhores características de ruído em relação a um QWIP comum, no qual as impurezas estão completamente ionizadas [25] [26] [27]. O processamento das amostras para a fabricação dos fotodetectores foi desenvolvido e otimizado, e envolveu técnicas convencionais de fotolitografia, para a formação por ataque químico das estruturas de pequenos fotodetectores singelos sobre a amostra, e a deposição de filmes finos metálicos para a obtenção dos contatos (ôhmicos). Foram desenvolvidas e implementadas várias técnicas de caracterização para determinar o comprimento de onda de operação, a responsividade, o ruído intrínseco, e a corrente no escuro (dark current) dos QWIPs fabricados. No inicio deste projeto de doutorado, nenhuma das técnicas de caracterização estava disponível no laboratório. A caracterização completa dos QWIPs foi feita medindo-se o coeficiente de absorção e a resposta espectral por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), a fotocorrente foi medida com um corpo negro, a corrente de escuro usando curvas I-V, e o ruído com um analisador de espectros. As medidas foram realizadas em função da voltagem de polarização (bias) aplicada, em diferentes valores de temperatura. Foram crescidas várias amostras de QWIPs, para absorção nas janelas atmosféricas de 3m a 5m e de 8m a 12m. A curva de absorção de cada amostra foi medida, e a caracterização optoeletrônica completa foi realizada em dois desses QWIPs, para a região de 8m a 12m. O melhor resultado foi obtido em um QWIP com o pico de absorção em 9,3m, que apresentou detectividade de 5×1010 cm.Hz1/2/W para 10K e 4×109 cm.Hz1/2/W para 70K. / Photodetectors based on quantum wells (QWIPs Quantum-Well Infrared Photodetectors) have numerous applications in the fields of medicine, engineering, defense, meteorology and environmental monitoring. The absorption spectrum of QWIPs has high wavelength selectivity, and this type of photodetector is the current choice for the fabrication of high-resolution cameras operating in the infrared. Currently, Brazil faces restrictions to import such a technology, imposed by the developed countries, due to its possibility of being used in military applications. In this thesis, we propose the development and optimization of photodetectors based on intraband transitions in quantum wells grown by molecular beam epitaxy (MBE) on GaAs substrates. The epitaxial growth of the quantum wells was investigated, and the samples were analyzed by photoluminescence (PL) to verify the quality and reproducibility of the heterostructures. The calculations of the energy levels and wavefunctions of the quantum wells were done by numerical implementation of the transfer matrix method [21] in the Mathematica software. This method was also applied to the self-consistent calculations involving the doping of the structures. From the values of the confinement energies, the wave functions could be obtained as well, and some physical quantities such as the theoretical absorption coefficient, the dark current and noise could be estimated. A model was also developed for the calculation of the energy levels of a hydrogenoid impurity inside a GaAs quantum well with AlGaAs barriers. It is believed that this system could have better noise characteristics when compared to a common QWIP in which the impurities are completely ionized [25] [26] [27]. The sample processing for the manufacture of the photodetectors was developed, optimized, and involved conventional photolithography techniques to define the physical size of the devices (followed by wet etching) as well as metallic film deposition to obtain ohmic contacts . Several characterization techniques were developed and installed to determine the wavelength of operation, the responsivity, the intrinsic noise and the dark current of the QWIPs manufactured in our laboratory. When this PhD project started, none of the characterization techniques was available in the lab. A complete set of experimental data was achieved by measuring the absorption coefficient and the spectral response by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the photocurrent using a blackbody, the dark current using I-V curves, and the noise with a spectrum analyzer. The measurements were performed as a function of the bias voltage at different temperatures. Several QWIPs samples were grown for absorption in the atmospheric windows from 3m to 5m and from 8m to 12m. The absorption curve of each sample was measured, and full characterization was performed on two QWIPs, in the region of 8m to 12m. The best results were obtained in a QWIP with peak absorption at 9.3m, which showed a detectivity of 5×1010 cm.Hz1/2/W at 10K and 4×109 cm.Hz1/2/W at 70K.

Fotodetectores baseados em poços quânticos (QWIPs Quantum¬-Well Infrared Photodetectors) possuem inúmeras aplicações nos campos da medicina, engenharia, defesa e monitoramento meteorológico e ambiental. O espectro de absorção dos QWIPs possui alta seletividade do comprimento de onda, e esse tipo de fotodetector é a escolha atual para a fabricação de câmeras de alta resolução operando no infravermelho. Atualmente, o Brasil enfrenta uma limitação na importação desse tipo de tecnologia, imposta pelos países mais desenvolvidos, devido à possibilidade de ser usada em aplicações militares. Neste trabalho, propomos o desenvolvimento e a fabricação de novos fotodetectores baseados em transições intrabanda em poços quânticos crescidos por epitaxia de feixes moleculares sobre substratos de GaAs. O crescimento epitaxial dos poços quânticos foi investigado, e as amostras foram analisadas por fotoluminescência (PL, Photoluminescence) de modo a verificarmos a qualidade e reprodutibilidade das heteroestruturas produzidas. O cálculo dos níveis de energia e das funções de onda dos poços quânticos foi feito por meio da implementação numérica do método da matriz de transferência [21] no software Mathematica. Esse método também foi aplicado ao cálculo autoconsistente envolvendo a dopagem da estrutura. A partir dos valores das energias de confinamento e das funções de onda obtidas pelo programa, algumas grandezas físicas puderam ser estimadas tais como o coeficiente de absorção teórico, a corrente de escuro e o ruído. Também foi implementado um modelo para o cálculo dos níveis de energia de uma impureza hidrogenóide dentro de um poço quântico de GaAs com barreiras de AlGaAs. Acredita-se que esse sistema possua melhores características de ruído em relação a um QWIP comum, no qual as impurezas estão completamente ionizadas [25] [26] [27]. O processamento das amostras para a fabricação dos fotodetectores foi desenvolvido e otimizado, e envolveu técnicas convencionais de fotolitografia, para a formação por ataque químico das estruturas de pequenos fotodetectores singelos sobre a amostra, e a deposição de filmes finos metálicos para a obtenção dos contatos (ôhmicos). Foram desenvolvidas e implementadas várias técnicas de caracterização para determinar o comprimento de onda de operação, a responsividade, o ruído intrínseco, e a corrente no escuro (dark current) dos QWIPs fabricados. No inicio deste projeto de doutorado, nenhuma das técnicas de caracterização estava disponível no laboratório. A caracterização completa dos QWIPs foi feita medindo-se o coeficiente de absorção e a resposta espectral por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), a fotocorrente foi medida com um corpo negro, a corrente de escuro usando curvas I-V, e o ruído com um analisador de espectros. As medidas foram realizadas em função da voltagem de polarização (bias) aplicada, em diferentes valores de temperatura. Foram crescidas várias amostras de QWIPs, para absorção nas janelas atmosféricas de 3m a 5m e de 8m a 12m. A curva de absorção de cada amostra foi medida, e a caracterização optoeletrônica completa foi realizada em dois desses QWIPs, para a região de 8m a 12m. O melhor resultado foi obtido em um QWIP com o pico de absorção em 9,3m, que apresentou detectividade de 5×1010 cm.Hz1/2/W para 10K e 4×109 cm.Hz1/2/W para 70K. / Photodetectors based on quantum wells (QWIPs Quantum-Well Infrared Photodetectors) have numerous applications in the fields of medicine, engineering, defense, meteorology and environmental monitoring. The absorption spectrum of QWIPs has high wavelength selectivity, and this type of photodetector is the current choice for the fabrication of high-resolution cameras operating in the infrared. Currently, Brazil faces restrictions to import such a technology, imposed by the developed countries, due to its possibility of being used in military applications. In this thesis, we propose the development and optimization of photodetectors based on intraband transitions in quantum wells grown by molecular beam epitaxy (MBE) on GaAs substrates. The epitaxial growth of the quantum wells was investigated, and the samples were analyzed by photoluminescence (PL) to verify the quality and reproducibility of the heterostructures. The calculations of the energy levels and wavefunctions of the quantum wells were done by numerical implementation of the transfer matrix method [21] in the Mathematica software. This method was also applied to the self-consistent calculations involving the doping of the structures. From the values of the confinement energies, the wave functions could be obtained as well, and some physical quantities such as the theoretical absorption coefficient, the dark current and noise could be estimated. A model was also developed for the calculation of the energy levels of a hydrogenoid impurity inside a GaAs quantum well with AlGaAs barriers. It is believed that this system could have better noise characteristics when compared to a common QWIP in which the impurities are completely ionized [25] [26] [27]. The sample processing for the manufacture of the photodetectors was developed, optimized, and involved conventional photolithography techniques to define the physical size of the devices (followed by wet etching) as well as metallic film deposition to obtain ohmic contacts . Several characterization techniques were developed and installed to determine the wavelength of operation, the responsivity, the intrinsic noise and the dark current of the QWIPs manufactured in our laboratory. When this PhD project started, none of the characterization techniques was available in the lab. A complete set of experimental data was achieved by measuring the absorption coefficient and the spectral response by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the photocurrent using a blackbody, the dark current using I-V curves, and the noise with a spectrum analyzer. The measurements were performed as a function of the bias voltage at different temperatures. Several QWIPs samples were grown for absorption in the atmospheric windows from 3m to 5m and from 8m to 12m. The absorption curve of each sample was measured, and full characterization was performed on two QWIPs, in the region of 8m to 12m. The best results were obtained in a QWIP with peak absorption at 9.3m, which showed a detectivity of 5×1010 cm.Hz1/2/W at 10K and 4×109 cm.Hz1/2/W at 70K.

No presente trabalho concentramos nossos estudos nas propriedades do sistema GaInP/GaAs, particularmente nas propriedades estruturais das interfaces e sua correlação com as propriedades ópticas. Subdividimos esta dissertação em duas partes principais, a primeira trata da investigação de amostras crescidas por CBE (Chemical Beam Epitaxy), onde no crescimento das interfaces variou-se diversos parâmetros. visando a melhoria do perfil das interfaces. Desse estudo concluímos que o crescimento de uma camada de GaP na primeira interface (GaAs crescido sobre GaInP) pode melhorar sua qualidade. A partir desta informação, na segunda parte, realizamos estudo para um conjunto de amostras crescidas pela técnica MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) com diferentes larguras de poços, e contendo uma monocamada de GaP na primeira interface. Os dados experimentais obtidos nesta segunda parte foram analisados à luz do modelo dos mínimos locais e absolutos e da mecânica estatística predictiva. A análise dos nossos resultados experimentais, usando os modelos teóricos, mostrou-se consistente e coerente. Ainda, por meio da mecânica estatística predicitiva ajustamos os dados experimentais de PL e obtivemos outras duas grandezas físicas, a energia cinética média dos portadores e o índice entrópico informacional, usados para indicar a qualidade das interfaces. Finalmente, observando que os modelos utilizados descreviam com sucesso os resultados experimentais, passamos a analisar um conjunto de amostras no qual mantivemos todos os demais parâmetros de crescimento fixos e variamos a espessura da camada de GaP na primeira interface. A análise mostrou excelente consistência e coerência dos resultados, permitindo confirmar a potencialidade dos modelos teóricos utilizados no tratamento dos dados experimentais e também ampliar a compreensão sobre o papel da camada de GaP na uniformização das interfaces dos poços quânticos de GaInP/GaAs / In the present work we concentrate our studies in the properties of the GaInP/GaAs quantum wells system, particularly in the structural properties of the interfaces and its correlation with the optic characteristics. We subdivide this work in two main parts, the first one deals with the investigation of samples grown by CBE (Chemical Beam Epitaxy), where in the growth of the interfaces diverse parameters were changed. From this study we conclude that a GaP layer localized first interface (GaAs grown on GaInP) can improve its quality. Using this information, in the second part, we studied a set of samples grown by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) containing wells with different widths, and with a GaP monolayer in the first interface. The experimental data obtained in this second part had been analyzed on the light of the local and absolute minimums model and of the predictive statistical mechanics. The analysis of our experimental results, using the theoretical models. revealed be consistent and coherent. Still, by means of the predictive statistical mechanics we fitting the experimental data of fotoluminescence and extracted the average kinetic energy of the carriers and the informational entropic índex, used to indicate the quality of the quantum well interfaces. Finally, observing that the used models provide a very well description of the experimental results, we start to analyze a set of samples in which the growth parameters are fixed except the thickness of the GaP layer at the first interface. The analysis showed the excellent coherence and consistency of the results, allowing to confirm the potentiality of the theoretical models used in the treatment of the experimental data and, also, permited to extend the understanding about the performace of the GaP layer in the improvement of the interface quality in GaInP/GaAs quantum wells

Apresentamos aqui o modelo esférico quântico de vidro de spin usando a aproximação de recozimento. São calculadas a energia livre, bem como a temperatura crítica em função do momentum de inércia e a entropia. São consideradas interações aleatórias de longo alcance (campo médio) com distribuição normal de média zero, e a energia cinética de cada spin. O cálculo é feito utilizando o formalismo funcional de Feynman de integrais de caminhos. O limite clássico é apresentado e coincide com o limite conhecido de teorias anteriores.

FREIRE, Rafael Melo. Magnetic nanoparticles and carbon quantum dots: interdisciplinary nanoparticles for sensing and/or education. 182 f. 2016. Tese (Doutorado em Química)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-04-04T18:36:04Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_rmfreire.pdf: 11804231 bytes, checksum: 1a676a521f06fad619e4adfb61cc2a45 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-04-04T18:36:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_rmfreire.pdf: 11804231 bytes, checksum: 1a676a521f06fad619e4adfb61cc2a45 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T18:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_rmfreire.pdf: 11804231 bytes, checksum: 1a676a521f06fad619e4adfb61cc2a45 (MD5) Previous issue date: 2016 / In this work, a sensing strategy for detection and identification of proteins with magnetic nanoparticles (MNPs) and carbon quantum dots (CQDs) was developed. In this sense, mixed ferrites of general formula M0.5Zn0.5Fe2O4 (M=Mn or Ni) were first investigated. Therefore, the hydro/solvothermal synthesis of these magnetic nanoparticles was performed under different conditions (solvent, reaction time and base concentration). Based on the magnetic properties of the two MNPs investigated, the mixed ferrite of formula Mn0.5Zn0.5Fe2O4 (MnZn) synthesized using water showed the greatest potential for sensing. Since among all synthesized MNPs, this sample displayed the highest saturation magnetization value ( M S  50 emu/g), lower crystallite size around 12 nm and superparamagnetic behavior. Once the first part of the doctoral thesis was concluded, the next step was to find a fluorescence probe. In this regard, it was performed the synthesis, as well as the application of branched poliethylenimine-functionalized carbon quantum dots (CQDs.BPEI). These new carbon-based nanoparticles were found to be protein-responsive. Since CQDs.BPEI were able to detect eight different proteins (four metallic and four non-metallic) even using concentrations in the range of 5 – 40 nM. Fluorescence titrations performed at 298 and 310 K displayed the fluorescence quenching through collisional mechanism. Therefore, it was also possible to conclude that the fluorescence quench comes from the amino acid residues on the surface of the proteins. To further check the potential of the CQDs.BPEI, it was developed a “nose” based methodology to identify proteins. Using materials as cheap as Cu2+ and ethylenediaminetetraacetic acid, the chemical “nose” approach was able to discriminate six different proteins at 40 nM concentration in phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4). The identification accuracy of the random unknown set was 90% with all misclassification occurring for albumin proteins (e.g., Bovine Serum Albumin and Human Serum Albumin). The displayed results evidence the great potential of CQDs.BPEI as a protein-responsive probe to detect and identify proteins. Taken together, MnZn and CQDs.BPEI were capable to build up a powerful protein sensing approach. In addition, realizing the great potential of CQDs in the educational field, it was also developed and successfully applied (for more than 70 students from biotechnology, pharmacy, engineers and geology courses) a lab experiment to demonstrate lightrelated quantum phenomena. / Neste trabalho, uma estratégia para detecção e identificação de proteínas incluindo nanopartículas magnéticas (MNPs) e pontos quânticos de carbono (CQDs) foi desenvolvida. Assim, ferritas mistas de fórmula M0.5Zn0.5Fe2O4 (M=Mn or Ni) foram inicialmente investigadas. Neste sentido, suas sínteses foram feitas utilizando diferentes condições (solvente, tempo reacional e concentração de base). Logo, baseado nas propriedades magnéticas das MNPs sintetizadas, escolheu-se a Mn0.5Zn0.5Fe2O4 (MnZn) sintetizada em água por mostrar grande potencial, uma vez que essa amostra apresentou alto valor de magnetização de saturação ( M S  50 emu/g) em comparação com outras ferritas de composição semelhante, baixo tamanho de cristalito por volta de 12 nm e comportamento superparamagnético. Com a primeira parte do trabalho concluída, a próxima etapa foi encontrar uma sonda fluorescente. Assim, realizou-se a síntese dos CQDs funcionalizados com grupamentos amina (CQDs.BPEI). Quando testada contra 8 diferentes proteínas (4 metálicas e 4 não-metálicas), apresentou variação da emissão para concentrações na faixa de 5 – 40 nM. Titulações fluorescentes também foram realizadas e observou-se que a supressão da fluorescência ocorre via mecanismo colisional a partir de resíduos aminoácidos na superfície da proteína. Para adicionalmente checar o potencial dos CQDs.BPEI, foi desenvolvida abordagem para identificar proteínas utilizando materiais Cu2+ e o ácido etilenodiamino tetraacético. No total, a estratégia desenvolvida foi capaz de identificar corretamente 6 diferentes proteínas a 40 nM. A precisão da identificação encontrada foi 90% para as amostras desconhecidas. Contudo, vale ressaltar que os 10% de engano foram apenas entre BSA e HSA, duas proteínas albumínicas muito similares. Os resultados obtidos nessa parte do trabalho evidenciam o alto potencial de CQDs.BPEI para detecção e identificação de proteínas. Observando os resultados do trabalho como um todo, pode-se afirmar que MnZn e CQDs.BPEI são capazes de compor excelente abordagem para detecção e identificação de proteínas. Adicionalmente, foi explorada a utilidade dos CQDs para o campo educacional. Dessa forma, foi também desenvolvido e aplicado (mais de 70 estudantes de graduação oriundos dos cursos de biotecnologia, farmácia, engenharias e geologia) um experimento de laboratório para demonstrar fenômenos quânticos relacionados com a luz.

XAVIER, L. J. P. Anéis quânticos em mono- e bicamadas de grafeno. 2016. 89 f. Tese (Doutorado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-04-06T17:23:06Z No. of bitstreams: 1 10 TESE - Leandro Jader Pitombeira Xavier.pdf: 13005936 bytes, checksum: 67f0c6b76511a1111f6afc95a304aa62 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-04-07T18:00:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 10 TESE - Leandro Jader Pitombeira Xavier.pdf: 13005936 bytes, checksum: 67f0c6b76511a1111f6afc95a304aa62 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-07T18:00:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10 TESE - Leandro Jader Pitombeira Xavier.pdf: 13005936 bytes, checksum: 67f0c6b76511a1111f6afc95a304aa62 (MD5) Previous issue date: 2016 / One important field of solid-state physics is the investigation of low-dimensional devices, in which the charge carriers motion is confined in one, two or three dimensions. One important class of such systems are quantum rings, they are a natural systems to investigate quantum interference phenomenon in transport properties, Aharonov-Bohm oscillations and persistent currents. On the other hand, graphene, a planar monolayer of carbon atoms arranged on two-dimensional hexagonal lattice, exhibits peculiar properties like a pseudo-relativistic charge carriers behavior nest to the Fermi level and is expected to lead to the development of new devices. In this work, we studied located states in quantum rings in monolayer and bilayer graphene. One known that, due a interaction with substrate, monolayer graphene can develop a mass term in the Dirac-Weyl equation that describes the charge carriers nest to Fermi level. Furthermore, a mass inversion, obtained through defects on the substrate, can confine charge carriers in the interface of sign change. We studied a system where the sign inversion happens along a circle, therefore, forming a ring-like confinement. The electronic dispersion was calculated as a function of the radius of the circular line defect and the intensity of the mass term induced ether analytically, by continuous model, or numerically, through tight-binding model. Our analytical results show very good agreement with the tight-binding ones. Furthermore, the energies levels are weakly dependent on the intensity of mass term. The states are robust in the presence of disorder, in the sense that non-magnetic can not break the valley degeneracy and are immune to backscattering, like topological states. Also was studied the influence of a external magnetic field and, besides the Aharonov-Bohn oscillations, we found that tunning tha magnetic field, on can control the ground state valley. Under a heterogeneously potential bias, one can confine the charge carriers motion in a bilayer graphene, but, besides the conventional confinement, it is possible to define a topological confinement, in which the potential bias reverse the sign on the confinement zone. Analogously to the monolayer ring, we propose a system where that inversion happens in a circular line, therefore, forming a ring-like confinement in bilayer graphene. The electronic dispersion was calculated analytically as a function of the radius of the circular line, the intensity of potential bias and the intensity of a external magnetic field using the continuous model. The states in such system, similar to the monolayer one, are robust to a non-magnetic disorder and a backscattering. / Um importante campo da pesquisa em física do estado sólido é a investigação de sistemas de baixa dimensionalidade, nos quais o movimento do portadores de carga está confinado em uma, duas ou três dimensões. Uma importante classe desses sistemas são os anéis quânticos, eles formam um sistema natural para a investigação de fenômenos de interferência quântica e de transportes, como as oscilações de Aharonov-Bohm e correntes persistentes. Por outro lado, o grafeno, uma folha plana de átomos de carbono disposto em uma rede hexagonal, exibe propriedades peculiares como o comportamento pseudo-relativístico dos portadores de cargas próximos do nível de Fermi e espera-se sua aplicação no desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos. Nesse trabalho, estudamos estados localizados de anéis quânticos em monocamada e bicamada de grafeno. Sabe-se que, devido a uma interação com um substrato, uma monocamada de grafeno pode desenvolver um termo de massa na equação de Dirac-Weyl que descreve o comportamento dos portadores de carga na proximidade do nível de fermi. Além disso, uma inversão na massa, obtida através de defeitos no substrato, pode confinar os portadores de carga na interface da mudança do sinal. Estudamos um sistema em que essa inversão se dá ao longo de uma linha circular, portanto formando um confinamento anelar. A dispersão eletrônica foi calcula como função do raio da linha circular e da intensidade do termo de massa induzido tanto analiticamente, utilizando o modelo contínuo, quanto numericamente, utilizando o modelo tight-binding. Nossos resultados mostraram uma boa concordância entre os dois modelos. Além disso os níveis de energia mostraram um comportamento fracamente dependente da intensidade do termo de massa induzidos. Os estados confinados nesse sistema são robusto em relação a desordens no sentido que, nenhuma desordem não magnética pode quebrar a degenerescência de vale e os estados não podem ser retroespalhados, semelhantes a estados topológicos. A influência de um campo magnético nesse sistema também foi estudada e, além das oscilações de Aharonov-Bohm, foi observado que controlando o campo magnético pode-se controlar o vale que os estados pertencem. Submetendo uma bicamada de grafeno a uma diferença de potencial(ddp) heterogênea pode-se confinar o movimento dos portadores de carga, porém, além de um confinamento convencional, há a possibilidade de um confinamento topológico, no qual a ddp aplicada sobre a bicamada inverte de sinal na região do confinamento. Analogamente ao anel na monocamada, propomos um sistema em que essa inversão se dá ao longo de uma linha circular, portanto formando um confinamento anelar em bicamada de grafeno. A dispersão eletrônica foi calcula analiticamente como função do raio da linha circular, da amplitude da ddp e da intensidade de um campo magnético externo utilizando o modelo contínuo. Os estados nesse sistema, semelhantes ao sistema na monocamada, também apresentaram robustez a desordens não magnéticas e a retroespalhamentos.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-03-13T13:53:31Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4654460 bytes, checksum: 12deb013ebd813cf4586d90b3dfa8e8d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T13:53:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4654460 bytes, checksum: 12deb013ebd813cf4586d90b3dfa8e8d (MD5) Previous issue date: 2016-09-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A produção dos nanocristais semicondutores, também chamados pontos quânticos (PQs), teve destaque na década de 1970 por meio do desenvolvimento da técnica de crescimento por feixes moleculares. Devido a sua expressiva característica óptica tamanho-dependente, este tipo de material atraiu muitas expectativas e diversas aplicações foram sendo desenvolvidas nas mais variadas áreas, de dispositivos optoeletrônicos à nanobiotecnologia. Em função deste grande interesse, diversas técnicas de produção, inclusive rotas químicas, foram surgindo de modo a simplificar a síntese e aumentar a qualidade das amostras. O nosso trabalho consistiu em estabelecer uma nova rota de síntese química para pontos quânticos coloidais de CdS, a qual demos o nome de “síntese em meio puramente aquoso”, por ela ocorrer totalmente em solvente aquoso. Apesar de existentes na literatura pontos quânticos produzidos em meio aquoso, segundo o nosso conhecimento em todos os processos de síntese são necessários procedimentos experimentais difíceis e controlados tais como: refluxo sob atmosfera inerte, controle de pH, controle de temperatura, ao contrário de nossa síntese, que se mostra muito mais simples quando comparados com rotas químicas já estabelecidas. Dentre os semicondutores do tipo II-VI, os pontos quânticos de CdS se destacam devido à sua grande variação em comprimentos de onda de emissão no espectro visível de fotoluminescência em função das variações em seu tamanho. Para a produção dos pontos quânticos de CdS utilizamos soluções salinas apropriadas como as fontes para os íons precursores de Cd 2+ e S 2- e como agente estabilizador utilizamos o dodecil sulfato de sódio, SDS, (C 12 H 25 SO 4 Na), que é um surfactante aniônico de cadeia longa. Conseguimos produzir pontos quânticos coloidais com diferentes tamanhos, que fluorescem em diferentes faixas do espectro visível, através de variações experimentais dos parâmetros que compõe a síntese, tais como as razões entre as concentrações dos precursores e razão entre precursores e o agente estabilizador. Por meio das caracterizações ópticas de fotoluminescência e absorção, juntamente com imagens de AFM, conseguimos mostrar que conseguimos sintetizar nanoestruturas de CdS com grande estabilidade e com tamanhos que variam entre 4 a 16 nm. / The production of semiconductor nanocrystals also called quantum dots, has its origins in the 1970s, with the development of molecular growth technique by electron beams. Due to its incredible size dependent optical properties, such materials has attracted many expectations and many applications have been developed in many fields, ranging from electronic devices to nanobiotechnology. Because this large interest several routes, including chemical routes, had come to simplify the synthesis and increase the quality of the samples. Our work was to establish a new route of chemical synthesis for colloidal quantum dots of CdS, which we call route in purely aqueous medium, since it fully occurs in aqueous solvent. Although quantum dots produced in aqueous medium already exist, according to our knowledge, in all the synthetic procedures, difficult and controlled experimental procedures are required, such as inert gas reflow, pH control, temperature control. Our synthesis turned out to be much simpler when compared to previous established chemical routes instead. Among the II-VI semiconductor quantum dots, CdS stands out due to its great variation in wavelengths in the luminescence and absorbance visible spectrum as a consequence of size variations. Our synthesis use appropriate salt solutions as sources of precursor ion Cd 2+ and S 2- . To stabilize the solution we use an anionic major carbon chain surfactant, sodium dodecyl sulfate, SDS, (C 12 H 25 SO 4 Na). We succeeded in producing colloidal quantum dots of different sizes and that fluoresce in different colors in the visible region, through experimental variations of the parameters that make up the synthesis, such as the ratios between chemical precursors concentrations and the ratio between precursor and stabilizing agent concentrations. Through different optical characterization techniques photoluminescence, absorption, and AFM images, we were able to show that we could synthesize CdS nanostructures with high stability and with sizes in the range of 4 to 16 nm.

SANTIAGO, Mayara Queiroz de. Caracterização de bioconjugados de pontos quânticos de ZnCdTe com a lectina de Canavalia brasiliensis. 2016. 61 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia de Recursos Naturais)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-01-19T17:21:52Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_mqsantiago.pdf: 3231763 bytes, checksum: 468a68767941f630f31f3ebca5cb18a4 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-23T20:14:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_mqsantiago.pdf: 3231763 bytes, checksum: 468a68767941f630f31f3ebca5cb18a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-23T20:14:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_mqsantiago.pdf: 3231763 bytes, checksum: 468a68767941f630f31f3ebca5cb18a4 (MD5) Previous issue date: 2016 / In recent years, researchers have focused their effort to the development of techniques with an interest in diagnostic strategies. To understand the onset and progression of various diseases before the action of any drug is necessary to evaluate the interactions of biological molecules in various cellular processes, this can be done by the use of biomarking strategies. Quantum dots (QDs) are fluorescent inorganic semiconductor compounds, which exhibit quantum confinement in three dimensions and unique optical properties and may be used in the imaging and detection of diagnostic signals. Lectins, proteins/glycoproteins that interact reversibly to specific carbohydrates, are already applied in several studies of biological activities due to its recognition properties. In view of this, the objective of this work was the bioconjugation of quantum dots ZnCdTe with the lectin of Canavalia brasiliensis (ConBr), the physicochemical characterization, evaluation of fluorescence properties and hemagglutination the formed system. The ZnCdTe synthesized nanoparticles were functionalized with a glutaraldehyde linker and then, submitted to bioconjugation reaction with the lectin. The obtained system ZnCdTe-ConBr was subjected to various analyzes such as particle size by Dynamic Light Scattering (DLS); evaluation of optical properties by UV/Visible Spectroscopy Absorption (UV/Vis) and photoluminescence spectroscopy; chemical evaluation of bioconjugation by Infrared Spectroscopy (FT-IR); assessment of morphology and microcomposition by Scanning Electron Microscopy (SEM); topographical evaluation, mechanical and physicochemical properties by Atomic Force Microscopy (AFM); and evaluation of lectin carbohydrate binding site integrity for haemagglutinating activity (H.A.). The results suggest that ZnCdTe-ConBr system was covalently conjugated after the reaction. It was also observed an increase in particle size and a greater homogeneity compared to non-conjugated quantum dots. The optical and functional properties of ZnCdTe-ConBr system was kept displaying a degree of high colloidal stability and functional over a period of 60 days. It was concluded that the system obtained here can be used as a biotechnological tool for use in diagnostic imaging technique. / Nos últimos anos, pesquisadores da área da saúde têm somado esforços voltados para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de técnicas biotecnológicas com um interesse especial em estratégias de diagnósticos. Para compreender o surgimento e a progressão de várias doenças diante de qualquer fármaco é necessário compreender a interação espaço-temporal das moléculas biológicas em vários processos celulares com o uso de estratégias de biomarcação para o monitoramento. Os pontos quânticos (PQs) são compostos inorgânicos semicondutores fluorescentes, que apresentam confinamento quântico em três dimensões e propriedades ópticas únicas e podem ser empregados na geração de imagens e detecção de sinais em diagnósticos. As lectinas, proteínas/glicoproteínas que interagem de forma reversível a carboidratos específicos, já são aplicadas em diversos estudos de atividades biológicas por esta propriedade de reconhecimento. Diante disto, o presente trabalho objetiva a bioconjugação de pontos quânticos de ZnCdTe com a lectina de Canavalia brasiliensis (ConBr), a caracterização físico-química e avaliação das propriedades de fluorescência e hemaglutinação do sistema formado. As nanopartículas de ZnCdTe foram obtidas do Laboratório de Quimica Biologica e Materiais (Quibiom) do Departamento de Química da Universidade Federal de Sergipe (UFS), funcionalizadas com um linker de glutaraldeído, e em seguida foram submetidas à reação de bioconjugação com a lectina. O sistema obtido ZnCdTe-ConBr foi submetido a diversas análises como: tamanho de partícula por Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS - Dynamic light scattering); avaliação das propriedades óticas por Espectroscopia de Absorção Ultravioleta/Visível (UV/Vis) e Espectroscopia de Fotoluminescência; avaliação química da bioconjugação por Espectroscopia no Infravermelho (FT-IR - Fourier Transform InfraRed); avaliação da morfologia e microcomposição por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); avaliação topográfica, propriedades mecânicas e físico-químicas por Microscopia de Força Atômica (AFM - Atomic Force Microscopy); e avaliação da integridade do sítio de ligação à carboidratos por Atividade Hemaglutinante (A.H.). Os resultados obtidos sugerem que o sistema ZnCdTe- ConBr foi conjugado covalentemente após a reação. Observou-se também um aumento do tamanho de partícula e uma homogeneidade maior comparado aos pontos quânticos não-conjugados. As propriedades óticas e funcionais (hemaglutinação) do sistema ZnCdTe-ConBr foram mantidas apresentando uma certa estabilidade coloidal e funcional durante um período de até 60 dias. Conclui-se então que o sistema aqui obtido pode ser utilizado como uma nova ferramenta biotecnológica para o desenvolvimento de uma técnica de diagnóstico por imagem.