Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4524.pdf: 11370314 bytes, checksum: cac1fe92ad828fa34bae021e46c39108 (MD5) Previous issue date: 2012-03-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have investigated the spin effects in p-i-p GaAs/AlAs resonant tunneling diodes under magnetic field parallel to the tunnel current. The spin-dependent tunneling of carriers was studied by analyzing the current-voltage characteristics (I(V)) and the right (+) and left (-) circular polarized PL from the contact layers and the QW as a function of the applied bias. We have observed that the polarization degree from QW and contact emission is highly bias voltage sensitive. For low voltages the QW polarization exhibits strong oscillations with values up to 50% at 15 T and sign inversions for the voltages corresponding to the resonant tunneling of carriers into the well. The GaAs contact emission shows several bands including the indirect recombination between free electrons and holes localized at the 2DHG formed at the accumulation layer (2DHG-e). We have evidence that the spin polarized hole gas can contribute to the circular polarization degree of carriers in the QW. However, our results show that the circular polarization of the carriers in the QW is a complex issue which depends on various points, including the g-factors of the different layers, the spin-polarization of carriers in the contact layers, the density of carriers along the structure and the Rashba effect. The temporal evolution of the spin-polarization carriers was also investigated. We have measured the time-resolved polarized PL emission from the GaAs quantum well (QW) of a p-i-p GaAs/AlAs Resonant Tunneling Device (RTD). We have used a linearly-polarized Ti:Saphire laser and tuned below the QW absorption edge. Therefore, the electrons are created solely at the top GaAs layer and with no defined spin polarization. Under applied bias, the tunneling holes from the p-doping contact attain a quasi-stationary distribution along the RTD structure, while electrons are only photocreated during the pulse excitation with a ps Ti:Sa laser. These photogenerated electrons are driven by the applied bias and tunnel into the QW, where they might recombine with holes or tunnel out of the well. Under illumination, the current-voltage characteristics of the device present two additional features attributed, respectively, to resonant and -X electron tunneling. Optical measurements for biases where these two alternative transport mechanisms have competitive probabilities revealed an unusual carrier dynamics. The quantum well emission is strongly delayed and we observe a remarkable nonlinear effect where the emission intensity decreases at the arrival of a laser pulse. We propose a simple model that adequately describes our results where we assume that the indirect transition rate depends on the density of electrons accumulated along the structure. Under magnetic field, the PL transients reveal two rather distinct time constants, a short time ( ~ 1 ns) and a long one, which is longer than the laser repetition time (> 12 ns). The bi-exponential behavior indicates additional electron-tunneling processes, which may be associated to indirect tunneling through X-AlAs levels and tunneling of hot vs quasiequilibrium carriers at the accumulation layer. Immediately after the laser pulse, while the faster tunneling process dominates, the QW emission shows a rather small polarization. As the faster tunneling process dies out, the polarization increases to a value that remains approximately constant along the whole transient. This result demonstrates that electrons tunneling through these two distinct processes should present different spin-polarization values. We have also observed that at low biases, around to the expected -X resonance , the QW polarization is very sensitive to the excitation intensity, showing a signal inversion as a function the laser intensity. We attribute this effect to a critical dependence of the electron polarization on the occupation of the various levels involved on the process. Furthermore, at large biases, the long decay component almost disappears for low-excitation conditions and show an unusual time-dependent polarization behavior under high-excitation regime. For the analysis of this complex dynamics, we have also considered the process of tunneling out of the QW, which should become more effective, competing with the radiactive recombination process under high bias voltages. Finally, our results reveal new insights on the mechanisms that determine the spin-polarization of carriers tunneling through a doublebarrier structure and can be explored to develop spin-filter devices based on a RTD structure. / Neste trabalho investigamos efeitos de spin em diodos de tunelamento ressonante p-i-p de GaAs/AlAs na presença de campo magnético paralelo à corrente túnel. Para isso, realizamos um estudo sistemático das curvas características de corrente-voltagem I(V) e da fotoluminescência (PL) resolvida em polarização das camadas do contato e do poço-quântico (QW), em função da voltagem aplicada. Observamos que o grau de polarização circular da emissão do QW e do contato são fortemente sensíveis à voltagem aplicada. Em particular, para baixas voltagens, a polarização QW exibe oscilações, atingindo valores de até 50% em 15T com inversões de sinal para voltagens correspondentes ao tunelamento ressonante de portadores. Na emissão observamos também a recombinação indireta entre elétrons livres e buracos localizados no gás bidimensional de buracos que se forma na camada de acumulação (2DHG). Os resultados obtidos mostram que esse gás bidimensional de buracos pode contribuir para o grau de polarização dos portadores no QW. Entretanto, verificamos também que origem da polarização dos portadores no QW é uma questão complexa que depende de vários pontos, incluindo fatores g das diferentes camadas, a polarização de spin dos portadores nas camadas de contato, a densidade de portadores ao longo da estrutura, efeito Rashba e etc. A evolução temporal dos portadores de spin-polarizados também foi investigada neste trabalho. Realizamos medidas da PL resolvida em polarização e resolvida no tempo para o QW de um DTR assimétrico. Sob voltagem aplicada, os buracos que tunelam a partir do contato dopado tipo-p atingem uma distribuição quase-estacionária ao longo do DTR, enquanto os elétrons são fotocriados apenas durante o pulso de laser. Os elétrons se movem sob ação da voltagem aplicada e tunelam no QW, onde podem se recombinar com buracos ou tunelar para fora do poço. Sob excitação óptica, as curvas I(V) do dispositivo apresentam dois picos adicionais atribuídos ao tunelamento ressonante e -X de elétrons, respectivamente. As medidas das emissões ópticas para as voltagens onde esses dois mecanismos alternativos de transporte têm probabilidades semelhantes revelam uma dinâmica de portadores incomum. Nessa condição, a emissão QW torna-se bastante lenta e observa-se um efeito não-linear no qual a intensidade de emissão diminui com a chegada de um novo pulso de laser. Para compreensão dos resultados obtidos, desenvolvemos um modelo simples onde consideramos que a taxa de transição indireta depende da densidade de elétrons acumulados. O modelo proposto descreve adequadamente nossos resultados experimentais. Na presença de campo magnético paralelo à corrente túnel, os transientes PL apresentam duas constantes de tempo distintas, uma curta (~ 1 ns) e uma longa, que é maior do que o tempo de repetição do laser (> 12 ns). Este comportamento bi-exponencial indica processos adicionais de tunelamento de elétrons, que podem estar associados ao tunelamento através dos estados da banda X do AlAs, e ao tunelamento de portadores quentes ( hot carriers ) vs portadores em quase-equilíbrio na camada de acumulação. Imediatamente após o pulso de laser, quando o processo de tunelamento mais rápido domina o transiente, a emissão QW mostra uma polarização pequena. Quando o processo de tunelamento mais rápido se extingue, a polarização aumenta para valores que permanecem aproximadamente constantes ao longo de todo o transiente. Este resultado demonstra que o tunelamento de elétrons através destes dois processos distintos deve apresentar diferentes valores de polarização de spin. Observamos também que para baixas voltagens, em torno da ressonância -X, a polarização QW é muito sensível à intensidade de excitação, mostrando uma inversão de sinal em função da intensidade do laser. Atribuímos este efeito a uma dependência crítica da polarização de elétrons pela ocupação dos diversos níveis envolvidos no processo. Além disso, em altas voltagens o decaimento da componente longa quase desaparece em condições de baixa excitação, e apresenta um comportamento incomum da polarização dependente do tempo no regime de alta excitação. Nossos resultados dão uma contribuição na compreensão de mecanismos que determinam a polarização de spin dos portadores em estruturas de barreira dupla, podendo ser útil no desenvolvimento de filtros de spin baseados em um DTR.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJV.pdf: 3915378 bytes, checksum: f5352fc1801d3994bd3db7390cb8cd4d (MD5) Previous issue date: 2004-10-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / In the context of spin electronics, this doctorate thesis presents an experimental study of spin polarized transport in epitaxial heterostructures as planar magnetic tunnel junctions formed by semiconductors and metallic ferromagnets. It was demonstrated that the epitaxial Fe/ZnSe/Fe structures fabricated by molecular beam epitaxy have the microscopic and macroscopic properties necessary for application in magnetic tunnel junctions. The experimental observation of antiferromagnetic coupling in these structures indicates strongly that samples are free of pinholes for barrier thickness down to 25 Å. Spin polarized transport studies using microjunctions demonstrated that the conductance mechanism is the resonant tunneling via defect states in the barrier, reinforcing the idea anticipated theoreticaly that the transport depends on the magnetic tunnel junction structure as a whole. This result is general since defect states near the Fermi energy are expected for semiconductor and insulanting barriers, pointing out the importance of their roles in the understanding of the spin polarized tunneling phenomena. The study of growth properties associated with magnetic properties made possible the use of MnAs films as current polarizer electrode in magnetic tunnel junctions. Experiments exploiting magnetic phase transition were also realized for these MnAs films. Our first results of spin polarized transport in a Fe/ZnSe/MnAs presented a tunnel magnetoresistance variation of 10 %, indicating that MnAs can transmit spin polarized electrons across a ZnSe barrier. / No contexto da eletrônica de spin, esta tese de doutorado apresenta um estudo experimental em física básica sobre transporte polarizado em spin em heteroestruturas epitaxiais do tipo junções túnel magnéticas planares constituídas por semicondutores e ferromagnetos metálicos. Foi demonstrado que as estruturas epitaxiais Fe/ZnSe/Fe fabricadas possuem as propriedades microscópicas e macroscópicas necessárias à aplicação em junções túnel magnéticas. A observação experimental da presença acoplamento antiferromagnético nestas estruturas indica fortemente que as amostras estão livres de pinholes para espessuras de até 25 Å de barreira. Estudos de transporte polarizado em spin em microjunções demonstraram que este ocorre por tunelamento ressonante via estado de defeito na barreira, reforçando a idéia prevista teoricamente de que o transporte polarizado em spin depende da estrutura da junção túnel magnética como um todo. O resultado tem caráter geral pois estados de defeitos próximos à energia de Fermi são esperados para barreiras semicondutoras e isolantes, destacando sua importância na compreensão do fenômeno de tunelamento polarizado em spin. O estudo das propriedades de crescimento dos filmes de MnAs associado com suas propriedades magnéticas possibilitou a utilização deste material como eletrodo polarizador de correntes em junções túnel magnéticas. Também foram realizados experimentos explorando as transições de fases magnéticas destes filmes. São apresentados nossos primeiros resultados de transporte polarizado em spin em uma estrutura Fe/ZnSe/MnAs. Foi observada uma variação de magnetorresistência túnel de 10 %, indicando que o MnAs é capaz de transmitir elétrons polarizados através de uma barreira de ZnSe.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6298.pdf: 2980031 bytes, checksum: d9fadac3020cef27afdab409a8566e9d (MD5) Previous issue date: 2014-05-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this thesis, we have investigated the optical and transport properties of a p-i-n GaAs-AlAs resonant tunneling diode (RTD). The possibility of controlling and significantly varying the density of carriers accumulated at different layers of this structure simply by applying an external bias makes it very useful to investigate various fundamental issues. Furthermore, the process of tunneling that critically depends on the alignment from confined energy levels and the injection of carriers that attain quasi - equilibrium distribution at distinct accumulation layers makes this structure very special for analyzing optical properties in general, and in special, spin-polarization effects when an external magnetic field is applied to the RTD. Particularly, two emission bands were observed for the quantum well (QW) of our structure and were associated to the recombination of electrons and holes that tunnel into the QW and may recombine either as an exciton involving the fundamental states of the QW or a transition involving an acceptor state in the QW. It was also observed that the relative intensity of these emission bands strongly depend on the applied bias voltage. The optical recombination involving acceptors states becomes relatively more efficient as compared to the excitonic recombination for higher densities of electrons in the QW. This effect was discussed considering how the electron carrier density depends on the applied voltage and other effects such the capture rate of holes by the acceptors and electron and hole differences concerning mobility, effective mass and tunneling processes. We have also investigated spin properties of the tunneling carriers in our device by measuring the polarization-resolved electroluminescence from the quantum well (QW) and the contact layers under low temperatures and high magnetic fields, up to 15 T. Under these conditions, we have observed that the QW emission presents a large negative polarization degree which depends on the external applied bias voltage. The VII QW spin polarization shows oscillations and abrupt changes at the electron resonant peak. The results are mainly attributed to the abrupt changes of intensity of the two QW emission lines. Furthermore, the contact-layer emission have also shown voltage dependent emission lines that were attributed to the two-dimensional electron gas formed at the accumulation layer under an applied bias. The contact-layer emission presents a large negative polarization degree which is also voltage dependent. The QW spin polarization degree was discussed considering different effects such as the presence of neutral acceptors in the QW, the voltage control of carrier densities in the device, hole and electron tunneling processes and the spin injection of spin polarized two-dimensional gases formed at the accumulation layers. / Neste trabalho, estudamos as propriedades óticas e de transporte de diodos de tunelamento ressonante de GaAs-AlAs do tipo p-i-n. Observamos duas emissões no poço quântico (QW) que foram associadas a recombinação e eletrons e buracos que tunelam no QW e que podem recombinar com os níveis confinados no QW ou com o nível de impureza aceitadora no QW. Foi observado que a intensidade relativa dessas bandas é bastante sensível a voltage aplicada. Em particular, a emissão ótica relativa a impureza mostrou ser mais eficiente na condição de voltagem que resulta em alta densidade de portadores no QW. Estudamos também efeitos de spin nesses dispositivos na presença de altos campos magnéticos de até 15T. Observamos que polarização de spin de portadores é controlada por voltagem aplicada. Em particular, observamos que a polarização de spin apresenta fortes oscilações e variações abruptas dependendo da voltagem aplicada no dispositivo . Esse efeito foi associado a mudanças importantes de densidade de carga acumulada no QW em função da voltage aplicada. Foi também observado uma emissão fortemente dependente da voltagem na região dos contatos que foi associada a formação de uma gas bidimensional de eletrons (2DEG) com alto grau de polarização circular. A polarização de spin no QW foi associada a presença de impurezas , efeitos de injeção de portadores spin polarizados no QW, variação de densidade de portadores no QW, processos de tunelamento de eletrons e buracos e etc.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1816.pdf: 2942981 bytes, checksum: c07401a4b38696ecd78cf0c96ac0c526 (MD5) Previous issue date: 2008-03-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / Electric and magnetic properties of nanoscopic clusters of iron immersed in Zinc Selenide were studied in this work. The system presents superparamagnetic behavior with a weak thermally activate ferromagnetic interaction. Small tunnel magnetoresistence was observed in room temperature (approximately 1% with fields of 30 kOe) and its behavior was observed as a function of temperature and bias. This work demonstrate that a despite of excellent macroscopic and microscopic properties of Fe/ZnSe/Fe epitaxial heterostructures the experimental observation shows small values of tunnel magnetoristance in room temperature. This results shows that the application of this materials in spintronics devices is limited. / As propriedades elétricas e magnéticas de aglomerados nanoscópicos de Fe imersos em matriz de ZnSe foram investigadas. Foi observado que este sistema apresenta um comportamento superparamagnético com pequena interação ferromagnética termicamente ativada. Também foi observada pequena taxa de magnetorresistência túnel em temperatura ambiente (da ordem de 1% para campos de 30 kOe) e observamos o comportamento desta com a temperatura e tensão. O estudo demonstra que, apesar das estruturas epitaxiais Fe/ZnSe/Fe possuírem propriedades microscópicas e macroscópicas necessárias à aplicação em junções túnel magnéticas, a observação experimental apresenta baixas taxas de TMR em temperatura ambiente, o que desencoraja os materiais para aplicações em dispositivos spintrônicos.

Nesta tese são apresentados os resultados de síntese e caracterização dos nanocompósitos de poli(anilina) (PANI) e de poli(benzidina)(PBZ) com argilas. Através do emprego de diferentes técnicas espectroscópicas e de microscopia eletrônica foi possível confirmar a intercalação dos monômeros e sua polimerização. Quando a polimerização foi feita a partir do monômero intercalado na argila (polimerização in situ) são obtidos nanocompósitos no qual a maior parte das cadeias poliméricas está intercalada. Entretanto, quando a polimerização é feita sem a prévia intercalação do monômero (polimerização ex situ), ocorre a formação dos polímeros na superfície externa da argila. Usando a espectroscopia Raman ressonante e de Absorção de raios-X na borda K do nitrogênio (N K XANES) foi possível elucidar a estrutura dos segmentos cromofóricos da PANI e da PBZ intercaladas, e pela primeira vez foi mostrado a presença de um segmento cromofórico na PANI intercalada, não presente na PANI livre, que possui em sua estrutura ligações azo e anéis cíclicos do tipo fenazina. A síntese da PANI intercalada em diferentes argilas e em diferentes condições de síntese permitiu verificar a influência destes fatores na formação desses novos segmentos. / The present work shows the synthesis and characterization of the nanocomposites of poly(aniline) (PANI) and poly(benzidine) (PBZ) formed inside the montmorillonite (MMT)clay galleries. Through the use of a large number of spectroscopic and microscopic techniques was possible to confirm the monomer intercalation and polymerization between the clay layers. When the synthesis is carried out after previous monomer intercalation (in situ route) the formation of polymer occurs mainly between the clay layers. On the other hand, the formation of polymer in external clay surface (ex situ route) occurs when the polymerization is carried out without previous monomer intercalation. Using resonance Raman spectroscopy and X-ray near nitrogen K-edge absorption (N K XANES) was possible to elucidate the structure of chromophoric segments in intercalated PANI and PBZ. For the first time, we show the presence of a new chromophoric segment, having phenazinic and azo groups, in the PANI intercalated by in situ route, indicating that the confinement of monomer is one of the factors leading to the formation of these new segments. The synthesis of intercalated PANI in different clays and experimental reaction conditions show that these factors, not only the confinement, have played an important role in formation of the new chromophoric segments in the structure of intercalated PANI.

Neste trabalho investigamos o tunelamento ressonante em estruturas de dupla barreira GaAs/(AlGa)As que foram fabricadas em mesas quadradas de tamanho lateral mesoscópico e macroscópico (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m). Uma camada tipo &#948 com diferentes concentrações de Silício foi incorporada no centro do poço quântico. As características I(V) mostram algumas estruturas em posição de voltagem abaixo do pico de ressonância principal que são atribuídas a estados relacionados a impurezas. Tais estados localizados estão presentes no poço quântico com energias de ligação bem maiores do que um doador de Silício isolado. Estes estados de maior energia de ligação são atribuídos a pares de doadores distribuídos aleatoriamente. Em alguns dispositivos onde estados relacionados a impurezas podem ser identificados isoladamente na característica I(V), um efeito destacável pode ser observado. Um pica na característica I(V) aparece nas mais baixas temperaturas medidas (abaixo de 1K) quando o nível de Fermi no emissor se alinha com o estado localizado relacionado a impureza. Tal pico e atribuído a interação Coulombiana entre o elétron no sitio localizado e os elétrons no gás bidimensional (emissor). / We have investigated resonant tunneling in GaAs/(AlGa)As double barrier structures which have been fabricated into square mesoscopic and macroscopic size mesas (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m) A &#948 layer with different concentrations of Silicon donors was incorporated at the centre of the quantum well. The I(V) characteristics show some features below the threshold for the main resonance that are due to impurity related state. Such localized states are found to be related to the presence of donor impurities in the vicinity of the quantum well with binding energies much higher than the single isolated hydrogen donor. These higher binding energy states are identified as being due to random pairs of shallow donors. In some devices where an isolated impurity related state can be identified in the 1(V characteristics a remarkable effect is observed. A peak appears at low temperatures (below 1K) in the 1(V) characteristics when the emitter Fermi level matches the localized state. Such feature is attributed to the Coulomb interaction between the electron on the localized site and the electrons in the Fermi sea of the 2DEG.

Neste trabalho determinamos a estrutura dos níveis dos estados quase-ligados e virtuais em sistemas de poços quânticos acoplados de AlGaAs-GaAs na presença de um campo elétrico externo (Voltagem) perpendicular às camadas semicondutoras. As heteroestruturas de AlGaAs-GaAs são modeladas por um conjunto de poços quânticos de potencial unidimensionais. Utilizamos a aproximação de função envelope que reduz o problema à solução usual da Equação de Schroedinger de massa efetiva. Os níveis eletrônicos são então determinados utilizando a solução exata da Eq. de Schroedinger em termos das funções de Airy nos poços e barreiras e um formalismo de Matriz de Iteração com Análise de \"Phase-shift\". Nossos resultados estão em boa concordância com resultados experimentais de transições ópticas. Motivados pelas propriedades singulares dos sistemas de dupla barreira, investigamos o tunelamento ressonante de elétrons através de multi-barreiras e a formação de regiões de resistência negativa na curva característica de corrente X voltagem. Para os processos de tunelamento em multi-barreiras determinamos o Coeficiente de Transmissão, como função da energia do elétron incidente, usando o formalismo de Matriz de Iteração. Este método pode ser bastante útil na interpretação de resultados experimentais nestes dispositivos. Calculamos também a densidade de corrente de tunelamento versus a voltagem aplicada no caso de dupla barreira de modo a interpretar recentes resultados experimentais. / In this work the quasi-bound and virtual levels of both electrons and holes are determined in the case of coupled AlxGa1-xAs-GaAs quantum wells in the presence of an external electric (Voltage) perpendicular to the layers. The heterostructures field of AlxGa1-xAs-GaAs are mimicked by a set of unidimensional quantum well potentials. We employ the envelope function approximation and solve the usual effective mass Schrödinger Equation. The electronic levels are then determined by using the exact solution of Schrödinger Eq. in terms of Airy functions into the wells and barriers and an Iteraction Matrix formalism with the Phase-shift method. Our results are in a good agreement with the experimental results of optical measurements. Motivated by the unusual properties of double-barriers devices we investigated the resonant tunneling of electrons through multi-barriers. The transmission Coefficient as a function of energy of the incident electron is determined by using an Interaction Matrix formalism. This method can be very useful in the interpretation of experimental results in semiconductor devices. We also calculate the tunneling current density as a function of applied voltage in the case of a double-barrier in order to interpret recent experimental results.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Uma forte demanda por materiais mais compactados, de baixo custo e de fÃcil fabricaÃÃo sÃo necessÃrios para diversas aplicaÃÃes tecnolÃgicas, neste sentido diversos materiais cerÃmicos sÃo candidatos por suas propriedades dielÃtricas e Ãpticas. Neste presente trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, dielÃtricas e Ãpticas da fase ortorrÃmbica da matriz cerÃmica ferroelÃtrica CaBi4Ti4O15, uma pseudo-perosviskita de estrutura de camada de bismuto (BLSFs) do grupo espacial A21am da famÃlia aurivillius, preparada pelo mÃtodo do estado sÃlido e sinterizada em baixas temperaturas. A preparaÃÃo das amostras para anÃlise estrutural e dielÃtrica, tiveram a adiÃÃo de pentÃxido de vanÃdio (V2O5) à fase CaBi4Ti4O15 calcinada, em proporÃÃes de 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 e 5.0 % em massa. Para obtenÃÃo das propriedades Ãpticas, a matriz cerÃmica pura foi dopada com os Ãons terras raras Ãrbio III (Er2O3) e Ãxido de itÃrbio III (Yb2O3). O estudo da estrutura e composiÃÃo das amostras foi feito atravÃs de difraÃÃo de raios-X e a confirmaÃÃo da fase Ãnica foi feita pelo Refinamento Rietveld. A caracterizaÃÃo vibracional foi obtida atravÃs da Espectroscopia Raman (SR). O estudo da morfologia, para anÃlise de grÃo e contorno de grÃo, foi realizado atravÃs de Microscopia EletrÃnica de Varredura. A caracterizaÃÃo dielÃtrica em radio freqÃÃncia foi realizada por Espectroscopia em ImpedÃncia a qual se verificou dois mecanismos de condutividade para todas as amostras analisadas, um em baixa freqÃÃncia e outro em alta freqÃÃncia. Os modelos de relaxaÃÃo dielÃtrica se aproximam do modelo do tipo Cole-Cole. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o mÃtodo hakki-coleman e monopolo, chegou-se a um coeficiente de temperatura da frequÃncia de ressonÃncia (tAU f) prÃximo de zero com adiÃÃo de V2O5. As medidas de permissividade dielÃtrica em radiofreqÃÃncia e microondas, realizadas em temperatura ambiente, tiveram um alto valor constante (εr ≈ 150) com a adiÃÃo de 1% de V2O5, e um valor da tangente de perda relativamente baixa em relaÃÃo à famÃlia de Aurivillus (tan[δ] ≈10-2 ) em 2 GHz.. Uma simulaÃÃo numÃrica foi realizada com cada amostra verificando-se aproximaÃÃo com os dados experimentais. Nas amostras dopadas com terras raras foi verificado o fenÃmeno de conversÃo ascendente de energia com a presenÃa de bandas intensas amostras de emissÃo de luz visÃvel na regiÃo do verde e de bandas de menor intensidade na regiÃo do vermelho. O Material investigado tem potencial para aplicaÃÃo em memÃrias volÃteis, filtros capacitivos e componentes Ãpticos, como sensores, cÃlulas fotoelÃtricas e leds. / A strong demand for compressed materials, low cost and easy to manufacture are needed for various technological applications, in this sense many ceramics are candidates for its dielectric and optical properties .In this work, structural, dielectric and optical phase of the orthorhombic ferroelectric ceramic matrixCaBi4Ti4O15were investigated, one pseudo-perovskite bismuth layer structure (BLSFs) of space group A21am of the aurivillius family, prepared by the solid state method and sintered in low temperatures. Sample preparation for structural analysis and dielectric, had the addition of vanadium pentÃxido (V2O5) to the phase CaBi4Ti4O15 calcined in ratios of 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 5.0% by mass. To obtain optical properties of the ceramic matrix doped with rare earth ions erbiumIII (Er2O3) and III ytterbium oxide (Yb2O3). The study of the structure and composition of the samples was done by X-ray diffraction and confirmation was made by single stage rietveld refinement. The vibrational characteristics was obtained by Raman spectroscopy (RS). The morphology study off or analysis of grain and grain boundary, was performed by scanning electron microscopy. The dielectric characterization of radio frequency spectroscopy was performed in impedance which occurred two conductivity mechanisms for all samples, one at low frequency and the on the rat high frequency. Models of dielectric relaxation approach the Cole-Cole type model. Measures in the microwave range were obtained using the hakki-coleman method and monopole, which gave a temperature coefficient of resonant frequency (f) close to zero with the addition of V2O5. The dielectric permittivity measurements in radiofrequency and microwave, performe dat room temperature, had a high constant value (εr≈150) with the addition of 1%V2O5, and a value of relatively low loss tangent for family aurivillus (tan[δ]≈10-2) at 2 GHz. A numerical simulation was performed with each sample verifying approach with the experimental data. In rare earth doped samples was checked energy up-conversion phenomenon with the presence of intense bands samples of visible light emission in the green region and a less intense bands in thered region.The investigated material has potential for application in volatile memories, capacitive filters and optical components such as sensors, solar cells and LEDs.

Este trabalho trata da utilização de um método de sintonia de controladores baseado nos dados obtidos da planta. A proposta é a sintonia de controladores ressonantes para aplicação em inversores de frequência presentes em fontes ininterruptas de energia, com o intuito de seguimento de referência senoidal de tensão. Dentro deste contexto, será usado o algoritmo Virtual Reference Feedback Tuning, o qual é um método de identificação de controladores baseado em dados que não é iterativo e não necessita do modelo do sistema para identificar o controlador. A partir dos dados obtidos da planta e também da definição de um modelo de referência pelo projetista, o método estima os parâmetros de uma estrutura fixada previamente para o controlador através da minimização de uma função custo definida pelo erro entre a saída desejada e a saída real. Além disso, uma realimentação de corrente é necessária na malha de controle, onde seu ganho proporcional é definido por experimento empírico. Para demonstrar a utilização do método são apresentados resultados simulados e práticos de uma fonte ininterrupta de energia com potência de 5 kV A utilizando cargas lineares e não-lineares. É avaliado o desempenho do ponto de vista da qualidade do sinal de saída real obtido com controladores sintonizados a partir de diferentes modelos de referência, além do uso de sinais de excitação diversos para o algoritmo V RFT. Os resultados experimentais são obtidos em um inversor de frequência monofásico com uma plataforma em tempo real baseada na placa de aquisição de dados dSPACE DS1104. Os resultados mostram que, em relação as normas internacionais, o sistema de controle proposto possui bom comportamento para seguimento de referência, operando à vazio ou utilizando carga linear. / This work discusses about controller tuning methods based on plant data. The proposal is to tune resonant controllers for application to the frequency inverters found in uninterruptible power supplies, with the goal of following sinusoidal reference signals. Within this context, the Virtual Reference Feedback Tuning algorithm is used, which is a data-driven controller identification method that is not iterative and does not require a system model to identify the controller. Data obtained from the plant and also the definition of a reference model by the designer, are used by the method to estimate the parameters of a previously fixed controller structure through the minimization of a cost function, which is defined by the error between desired and actual outputs. Moreover, a current feedback is required in the control loop where the proportional gain is defined by empirical experiment. To demonstrate the method’s application, simulated and practical results of an uninterruptible power supply with capacity of the 5 kV A will be presented employing linear and nonlinear loads. Evaluates the performance in terms of system’s actual output quality, obtained with controllers tuned with different reference models. Distinct excitation signals are also used to feed the VRFT algorithm. The experimental results achieved from use of an single-phase inverter and a real-time platform based on data acquisition board dSPACE DS1104. The results show that, with respect to international standards, the proposed control system has good performance for tracking reference, operating at empty or using linear load.

Orientadores: Antonio Augusto Fasolo Quevedo, Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T20:06:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_AndredePaula_M.pdf: 3634888 bytes, checksum: 6ac215157ad6cab344d793b24a2bc1cd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O espirômetro é um dispositivo que avalia a ventilação pulmonar. Este é um trabalho preliminar que propõe um sensor eletromecânico de fluxo com foco na aplicação biomédica de espirometria. O sensor consiste de um corpo rombudo, introduzido em um cano por um orifício, e um acelerômetro. A colisão das partículas do fluido contra o corpo rombudo gera vórtices, que por sua vez induzem vibrações no corpo. Forças de arrasto também estão presentes e tendem a movimentar o corpo. Os movimentos decorrentes do escoamento são captados pelo acelerômetro, que é posicionado na porção do corpo rombudo externa ao cano, evitando o contato do elemento eletrônico (acelerômetro) com o fluido, o que pode facilitar procedimentos de esterilização da luz do cano. Foram analisados corpos rombudos em forma de lâmina (com e sem massa adicional) e cilindro. O procedimento experimental consistiu no estabelecimento de seis regimes permanentes de entrada (vazão de ar) e na captura do sinal de resposta do sensor (nos três eixos). Foram coletadas 24 respostas do sensor para cada um dos regimes e posteriormente foram levantadas as curvas do sensor e realizadas análises estatísticas. Resultados significativos foram encontrados para o eixo do acelerômetro paralelo ao fluxo. Para a lâmina, o Valor Eficaz (RMS) do sinal foi proporcional à vazão com linearidade e coeficiente de correlação variando, respectivamente, de 19% e R2 = 0,99058, para o ensaio sem massa adicional, a até 8,4% e R2 = 0,9741, para o ensaio com massa adicional. O arrasto contínuo (valor médio da resposta) não guardou relação monotônica com o aumento da velocidade do ar. Já para o cilindro, o arrasto foi proporcional à vazão com altíssima linearidade e correlação (0,17% e R2 = 0,96347), mas o RMS do sinal não guardou relação monotônica com a vazão. Finalmente, embora sejam necessários mais estudos para utilizar o sensor proposto em equipamentos de espirometria, este trabalho demonstra que o sensor responde proporcionalmente às entradas (escoamento), dentro (de 0 a até 14 l/s) e fora da faixa (até 21 l/s) de operação do espirômetro com altos coeficientes de correlação e linearidade, além de respostas diferenciadas dadas diferentes entradas (vazões) comprovadas por ANOVA (valor de p < 10-15). / Abstract Spirometer is a device that evaluates pulmonary ventilation. This paper presents a preliminary study of a new electromechanical sensor, focused on the biomedical application of spirometry. The sensor is composed of a bluff body positioned inside a tube trough a hole, being a part of the body inside and another part outside of the tube, and an accelerometer positioned on the outside part. Within a fluid flow, the bluff body causes vortex shedding, and the vortexes induce vibrations on the body. Also, the viscous force of the flow drags the bluff body. Both movements are captured by the accelerometer and correlated with the flow. One important feature of this sensor is that the fluid does not contact any of the electronics, easing tube lumen sterilization procedures. Three types of bluff bodies were studied: two blades (with and without additional mass), and one cylinder. The experimental procedure consisted of establishing six different air flows and then capturing the accelerometer response in all of its three axes. Each of the collected signals from the accelerometer was divided in 24 parts, and these parts where analyzed through statistics; finally the mean response of the sensor was plotted. Best results were found in the accelerometer axis parallel to the air flow. In the blade tests, the RMS value of the AC component was proportional to the air flow, with linearity and correlation varying, respectively, from 19% and R2 = 0.99058 for the blade without mass, to 8.4% and R2 = 0.9741 for the blade with additional mass. It was observed that the mass addition reduced in a meaningful way the response variances. Yet the viscous force (DC value) did not respond in a monotonic way with the increase of air flow. On the other hand, the viscous force was the most expressive regarding the experiments with the cylinder (linearity of 0.17% and R2 = 0.96347), but the RMS value did not respond in a monotonic way. Finally, although further studies are needed to prove that the proposed sensor is efficient to be used in spirometry equipment, this study demonstrates that this sensor responds proportionally to the flow input, within (0 to 14 l/s) and without (up to 21 l/s) the spirometer operation range, with high correlation and linearity, as well as varying responses, given different inputs (flow), as verified by ANOVA test (p < 10-15). / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica