Estudamos a parte dipolo-quadrupolo da energia de interação entre dois sistemas neutros, para distâncias intermediárias e grandes em relação às dimensões lineares dos mesmos / We study the dipole-quadrupole parto f the interaction energy between two neutral systems for intermediary distances and large distances in relation to its linears dimensions

Estudamos a parte dipolo-quadrupolo da energia de interação entre dois sistemas neutros, para distâncias intermediárias e grandes em relação às dimensões lineares dos mesmos / We study the dipole-quadrupole parto f the interaction energy between two neutral systems for intermediary distances and large distances in relation to its linears dimensions

Momentos de quadrupólo elétricos de estados isoméricos nucleares com vidas médias entre 10 nanosegundos e 100 milisegundos podem ser medidos com o método Espectroscopia de Mistura de Níveis (Level Mixing Spectroscopy- LEMS), utilizando campos magnéticos variáveis aplicados em núcleos implantados em materiais hospedeiros que possuam gradientes de campo elétrico. O Campo magnético externo pode ser substituido pelo campo hiperfino de materiais ferromagnéticos e sua variação poderia ser controlada variando a temperatura. O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade desta substituição. Implementamos o método LEMS no Laboratório Pelletron usando como caso teste o estado isomérico de 398 KeV do 69Ge que possui todas as suas propriedades nucleares conhecidas (meia vida, spin, momento magnético, momento de quadrupolo elétrico). Ele foi produzido pela reação 56Fe(16O, 2pn)69Ge com o feixe de 16O à 53 MeV (LAB) de energia, e depois implantado em Gadolínio que é ferromagnético abaixo de Tc = 289K. Medimos a anisotropia da radiação gama emitida por esse núcleo em função da temperatura. A comparação entre as medidas da anisotropia em função da temperatura, com medidas da anisotropia em função do campo magnético externo, feita pelo grupo de Leuven/Bélgica, nos levou a duas interpretações possíveis. Na primeira, supondo a interação elétrica constante e independente da temperatura, obtemos um campo magnético hiperfino anômalo para o Gd. Na segunda análise, obtivemos o campo hiperfino variando linearmente com a magnetização, admitindo gradientes de campo elétrico dependentes da temperatura. Medidas futuras usando monocristal de Gd poderão resolver esta ambiguidade, bem como medidas TDPAD (Time Diferencial Perturbed Angular Distribuition) em função da temperatura, na qual se mede diretamente o campo hiperfino. / The Level Mixing Spectroscopy method allows to measure the eletric quadrupole moments of high spin isomeric nuclear states (10ns < t < 100ms) produced in nuclear reactions. The magnetic interaction is usualy created by an intense external magnetic field. The eletric quadrupole interaction can be created by recoi-implantation of the nuclei in non-cub crystals, used as hosts. The external magnetic field can then be replaced by the hiperfine fields of ferromagnetic materials, controling its intensity by temperature variation. The purpose of the research performed for this work is to verify the viability of this replacement. We adapt the LEMS method to be used in the Pelletron Laboratory. We choose the isomeric state at 398 KeV exitation energy in the 69Ge nucleus as a test case, because it has all nuclear properties well known (half-life, spin, magnetic moment, eletric quadrupole moment). It was produced by the 56Fe(16O, 2pn)69Ge reaction, with a 16O beam at 53 MeV, and implanted and stopped in a Gadolinium host, which is a ferromagnet from low temperatures up to Tc=289 K. We measure the anisotropy of the emitted gama ray as a function of the temperature of the host. The comparison of this measurement with another of the anisotropy as a function of an external magnetic field strength, done by the Leuven/Belgium group, show us two possibilities. In the first, we suppose that the eletric interaction is cosntant and independent of temprature and we obtain an anomalous magnetic hyperfine field for Gd. In the second one, we obtain a hyperfine field that follows the magnetization if we assume eletric field gradientes that are temperature dependent. New measurements by using Gd monocrystal and the TDPAD (Time Diferencial Perturbed Angular Distribution) method may solve this ambiguity.

Momentos de quadrupólo elétricos de estados isoméricos nucleares com vidas médias entre 10 nanosegundos e 100 milisegundos podem ser medidos com o método Espectroscopia de Mistura de Níveis (Level Mixing Spectroscopy- LEMS), utilizando campos magnéticos variáveis aplicados em núcleos implantados em materiais hospedeiros que possuam gradientes de campo elétrico. O Campo magnético externo pode ser substituido pelo campo hiperfino de materiais ferromagnéticos e sua variação poderia ser controlada variando a temperatura. O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade desta substituição. Implementamos o método LEMS no Laboratório Pelletron usando como caso teste o estado isomérico de 398 KeV do 69Ge que possui todas as suas propriedades nucleares conhecidas (meia vida, spin, momento magnético, momento de quadrupolo elétrico). Ele foi produzido pela reação 56Fe(16O, 2pn)69Ge com o feixe de 16O à 53 MeV (LAB) de energia, e depois implantado em Gadolínio que é ferromagnético abaixo de Tc = 289K. Medimos a anisotropia da radiação gama emitida por esse núcleo em função da temperatura. A comparação entre as medidas da anisotropia em função da temperatura, com medidas da anisotropia em função do campo magnético externo, feita pelo grupo de Leuven/Bélgica, nos levou a duas interpretações possíveis. Na primeira, supondo a interação elétrica constante e independente da temperatura, obtemos um campo magnético hiperfino anômalo para o Gd. Na segunda análise, obtivemos o campo hiperfino variando linearmente com a magnetização, admitindo gradientes de campo elétrico dependentes da temperatura. Medidas futuras usando monocristal de Gd poderão resolver esta ambiguidade, bem como medidas TDPAD (Time Diferencial Perturbed Angular Distribuition) em função da temperatura, na qual se mede diretamente o campo hiperfino. / The Level Mixing Spectroscopy method allows to measure the eletric quadrupole moments of high spin isomeric nuclear states (10ns < t < 100ms) produced in nuclear reactions. The magnetic interaction is usualy created by an intense external magnetic field. The eletric quadrupole interaction can be created by recoi-implantation of the nuclei in non-cub crystals, used as hosts. The external magnetic field can then be replaced by the hiperfine fields of ferromagnetic materials, controling its intensity by temperature variation. The purpose of the research performed for this work is to verify the viability of this replacement. We adapt the LEMS method to be used in the Pelletron Laboratory. We choose the isomeric state at 398 KeV exitation energy in the 69Ge nucleus as a test case, because it has all nuclear properties well known (half-life, spin, magnetic moment, eletric quadrupole moment). It was produced by the 56Fe(16O, 2pn)69Ge reaction, with a 16O beam at 53 MeV, and implanted and stopped in a Gadolinium host, which is a ferromagnet from low temperatures up to Tc=289 K. We measure the anisotropy of the emitted gama ray as a function of the temperature of the host. The comparison of this measurement with another of the anisotropy as a function of an external magnetic field strength, done by the Leuven/Belgium group, show us two possibilities. In the first, we suppose that the eletric interaction is cosntant and independent of temprature and we obtain an anomalous magnetic hyperfine field for Gd. In the second one, we obtain a hyperfine field that follows the magnetization if we assume eletric field gradientes that are temperature dependent. New measurements by using Gd monocrystal and the TDPAD (Time Diferencial Perturbed Angular Distribution) method may solve this ambiguity.

A química computacional apresenta a grande vantagem de prover informações fundamentais para espécies moleculares propostas, antes mesmo de sua síntese em laboratório. A Teoria do Funcional da Densidade é bastante utilizada nesta área, produzindo resultados satisfatórios para um grande número de propriedades e sistemas, mas com uma menor demanda por recursos computacionais que métodos mais avançados. Entretanto, o desenvolvimento de funcionais que incluem efeitos relativísticos ainda se encontra num estágio inicial. Em geral, tais efeitos são importantes em compostos de átomos pesados, embora devam ser considerados também em sistemas com átomos mais leves se a propriedade em estudo for particularmente sensível, como é o caso do gradiente de campo elétrico na posição de núcleos em moléculas. Assim, na primeira etapa desta dissertação foi avaliado o desempenho de funcionais comuns de troca-correlação não relativísticos, quando utilizados em conjunto com o formalismo de quatro componentes (tratamento relativístico), no estudo dos gradientes de campo elétrico em núcleos de átomos (índio, antimônio, iodo, lutécio e háfnio) constituindo moléculas diatômicas. Foram investigados funcionais baseados nas aproximações da densidade local e do gradiente generalizado, funcionais híbridos e que incluem correções em termos da atenuação com a distância. Nossos resultados, que estão em acordo com observações da literatura, ressaltam o melhor desempenho de funcionais híbridos e com correções de atenuação para esta propriedade e demonstram a importância do uso do método indireto. Posteriormente, foi feita uma nova parametrização de alguns dos melhores funcionais não relativísticos selecionados na etapa anterior (B3LYP, PBE0 e CAM-B3LYP), dentro do formalismo de quatro componentes, para uso no cálculo destes mesmos gradientes num grupo teste de átomos (cobre, iodo, lantânio e ouro) em moléculas lineares. Nestes casos, os funcionais modificados propostos tiveram um bom desempenho geral e foram particularmente bem sucedidos para cobre e ouro. Finalmente, é possível destacar o funcional híbrido PBE0 e sua modificação, proposta neste estudo, por conta de seu desempenho excelente, tanto para os metais como para os demais elementos que tiveram seus EFGs investigados aqui. / The computational chemistry has the great advantage of providing fundamental information for proposed molecular species even before their synthesis in laboratory. The Density Functional Theory is widely used in this area, producing satisfactory results for a large number of properties and systems, but with a lower demand for computational resources than that of more advanced methods. However, the development of functionals that include relativistic effects is still at an early stage. In general, these effects are important in compounds containing heavy elements, but they must also be considered in systems of lighter atoms if the studied property was particularly sensitive, as occurs for the electric field gradient at the position of nuclei in molecules. Thus, the first step of this dissertation was to evaluate the performance of common non-relativistic exchange-correlation functionals when used in conjunction with the four component formalism (relativistic treatment) in the study of electric field gradients at the nuclei of atoms (indium, antimony, iodine, lutetium and hafnium) forming diatomic molecules. Functionals based on the local density approximation and generalized gradient approximation, hybrid functionals and the ones that include attenuation corrections were investigated. Our results, which are in agreement with observations in the literature, highlight the best performance of hybrid functionals and attenuation corrections for this property and demonstrate the importance of using the indirect approach. Subsequently, there was a new parameterization of some of the best non-relativistic functionals selected in the previous step (B3LYP, PBE0 and CAM - B3LYP) within the four component formalism for calculations of these same gradients in a trial group of atoms (copper, iodine, lanthanum and gold) into linear molecules. In these cases, the modified functionals proposed had a satisfactory overall performance and were particularly successful for copper and gold. Finally, it is possible to mention the excellent performance of the hybrid functional PBE0 and its modification proposed in this study for both metals and the other elements that had their EFGs investigated here.

A química computacional apresenta a grande vantagem de prover informações fundamentais para espécies moleculares propostas, antes mesmo de sua síntese em laboratório. A Teoria do Funcional da Densidade é bastante utilizada nesta área, produzindo resultados satisfatórios para um grande número de propriedades e sistemas, mas com uma menor demanda por recursos computacionais que métodos mais avançados. Entretanto, o desenvolvimento de funcionais que incluem efeitos relativísticos ainda se encontra num estágio inicial. Em geral, tais efeitos são importantes em compostos de átomos pesados, embora devam ser considerados também em sistemas com átomos mais leves se a propriedade em estudo for particularmente sensível, como é o caso do gradiente de campo elétrico na posição de núcleos em moléculas. Assim, na primeira etapa desta dissertação foi avaliado o desempenho de funcionais comuns de troca-correlação não relativísticos, quando utilizados em conjunto com o formalismo de quatro componentes (tratamento relativístico), no estudo dos gradientes de campo elétrico em núcleos de átomos (índio, antimônio, iodo, lutécio e háfnio) constituindo moléculas diatômicas. Foram investigados funcionais baseados nas aproximações da densidade local e do gradiente generalizado, funcionais híbridos e que incluem correções em termos da atenuação com a distância. Nossos resultados, que estão em acordo com observações da literatura, ressaltam o melhor desempenho de funcionais híbridos e com correções de atenuação para esta propriedade e demonstram a importância do uso do método indireto. Posteriormente, foi feita uma nova parametrização de alguns dos melhores funcionais não relativísticos selecionados na etapa anterior (B3LYP, PBE0 e CAM-B3LYP), dentro do formalismo de quatro componentes, para uso no cálculo destes mesmos gradientes num grupo teste de átomos (cobre, iodo, lantânio e ouro) em moléculas lineares. Nestes casos, os funcionais modificados propostos tiveram um bom desempenho geral e foram particularmente bem sucedidos para cobre e ouro. Finalmente, é possível destacar o funcional híbrido PBE0 e sua modificação, proposta neste estudo, por conta de seu desempenho excelente, tanto para os metais como para os demais elementos que tiveram seus EFGs investigados aqui. / The computational chemistry has the great advantage of providing fundamental information for proposed molecular species even before their synthesis in laboratory. The Density Functional Theory is widely used in this area, producing satisfactory results for a large number of properties and systems, but with a lower demand for computational resources than that of more advanced methods. However, the development of functionals that include relativistic effects is still at an early stage. In general, these effects are important in compounds containing heavy elements, but they must also be considered in systems of lighter atoms if the studied property was particularly sensitive, as occurs for the electric field gradient at the position of nuclei in molecules. Thus, the first step of this dissertation was to evaluate the performance of common non-relativistic exchange-correlation functionals when used in conjunction with the four component formalism (relativistic treatment) in the study of electric field gradients at the nuclei of atoms (indium, antimony, iodine, lutetium and hafnium) forming diatomic molecules. Functionals based on the local density approximation and generalized gradient approximation, hybrid functionals and the ones that include attenuation corrections were investigated. Our results, which are in agreement with observations in the literature, highlight the best performance of hybrid functionals and attenuation corrections for this property and demonstrate the importance of using the indirect approach. Subsequently, there was a new parameterization of some of the best non-relativistic functionals selected in the previous step (B3LYP, PBE0 and CAM - B3LYP) within the four component formalism for calculations of these same gradients in a trial group of atoms (copper, iodine, lanthanum and gold) into linear molecules. In these cases, the modified functionals proposed had a satisfactory overall performance and were particularly successful for copper and gold. Finally, it is possible to mention the excellent performance of the hybrid functional PBE0 and its modification proposed in this study for both metals and the other elements that had their EFGs investigated here.