Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-07-18T14:13:18Z No. of bitstreams: 1 2013_JesusErnestoRamosIbarra.pdf: 17181366 bytes, checksum: 4a866ed0d006577ed7571f58c198252d (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-19T16:57:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_JesusErnestoRamosIbarra.pdf: 17181366 bytes, checksum: 4a866ed0d006577ed7571f58c198252d (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-19T16:57:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_JesusErnestoRamosIbarra.pdf: 17181366 bytes, checksum: 4a866ed0d006577ed7571f58c198252d (MD5) / Neste trabalho foram estudadas as propriedades magnéticas de nanopartículas de ZnO dopadas com metais de transição (Mn, Fe). As amostras foram sintetizadas pelo método de co-precipitação e suas propriedades vibracionais foram estudadas com espectroscopia infravermelha e espetroscopia Raman. A espetroscopia infravermelha mostrou a evolução da formação da fase desejada através do surgimento de bandas associadas com as ligações Zn - O durante a lavagem. A espetroscopia Raman mostrou a presença de modos vibracionais associados com a estrutura wurtzita do ZnO, após calcinar as amostras a 300ºC. No entanto, modos vibracionais adicionais foram determinados nas amostras dopadas com Mn e Fe, os que foram associados com a presença dos íons dopantes na estrutura. Através de medidas de difração de raios X se determinou a presença de uma única fase cristalina identificada como a estrutura wurtzita em todas as amostras estudadas. O Refinamento dos padrões de difração usando o método de Rietveld mostrou que nas nanopartículas dopadas com Mn os parâmetros de rede não têm uma tendência clara ao aumentar a concentração do dopante, o que sugere que os íons de Mn não substituem íons de Zn, mas provavelmente ocupam posições intersticiais da estrutura. Foram feitos também estudos de estabilidade cristalina da amostra dopada com 10mol% de Mn. Após tratamentos térmicos adicionais da amostra em 500 e 900ºC se determinou a formação de uma fase secundária que pode ser Mn3O4 ou Mn3O4 /ZnMnO3. Nas nanopartículas de ZnO dopadas com Fe, o aumento de volume da célula unitária com a concentração de Fe sugere que nestas amostras acontece a substituição de íons Fe2+ por íons Zn2+. Por outro lado, as medidas de magnetização em função do campo magnético aplicado nas nanopartículas de ZnO sem dopagem, revelam a ocorrência de um ordenamento magnético de intensidade fraca, cuja origem foi associada com o ordenamento de spins de elétrons desemparelhados e armadilhados em vacâncias de oxigênio localizadas na superfície das partículas. A densidade destas vacâncias de oxigênio é grande devido ao tamanho pequeno das partículas. A caracterização magnética das nanopartículas de ZnO dopadas com Mn revela a coexistência de duas fases magnéticas; uma fase paramagnética intensa, na qual os momentos magnéticos dos íons de Mn apresentam interações antiferromagnéticas e outra fase ferromagnética, a qual foi associada com a presença de fases adicionais como Mn3O4. A caracterização magnética das nanopartículas de ZnO dopadas com Fe revela a ocorrência de um comportamento ferromagnético. As curvas de magnetização (M) em função do campo magnético (H) obtidas a 5K mostram campos coercivos que crescem com a concentração do dopante. A 300 K, estes campos coercivos tendem a zero. Curvas de zero-field-cooled (ZFC) e field-cooled (FC) para as amostras dopadas com Fe, mostram características próprias de relaxação térmica de superspins ou de sistemas frustrados. A fim de determinar a origem foram feitas medidas de susceptibilidade AC variando a frequência do campo alternado. A parte real da susceptibilidade em função da temperatura mostra um máximo que se desloca para temperaturas maiores à medida que se aumenta a frequência. Assumindo que esse máximo representa a temperatura de congelamento do sistema, ficou determinado que as propriedades magnéticas das nanopartículas de ZnO dopadas com Fe correspondem a um sistema que mostra comportamento tipo vidro de spin. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, the magnetic properties of ZnO nanoparticles doped with transition metals (Mn; Fe) were studied. The samples were synthesized by the coprecipitation method and its vibrational properties were analyzed with infrared and Raman spectros-copy. The infrared spectroscopy showed the evolution of the wurtzite phase formation through the arising of the bands associated with Zn O bonds during the washing. The Raman spectroscopy showed the presence of vibrational modes associated with the wurtzite structure of ZnO, after annealing the powders at 300C. Additional vibratio- nal modes were determined in samples doped with Mn and Fe, which were associated with the presence of dopant ions in the structure.Through X-ray di raction measurements, it was determined the presence of a single crystalline phase identi ed as the wurtzite structure in all samples. The Rietveld re nement of di raction patterns showed that in nanoparticles doped with Mn the lattice parameters did not show a clear dependence on the dopant concentration. This result suggests that the Mn ions do not substitute Zn ions, but probably they occupy interstitial sites in the structure. It was also made crystalline stability studies of the sample doped with 10mol% Mn. After additional thermal treatments of the sample at 500 and 900C, it was determined the formation of a secondary phase such as Mn3O4 ou Mn3O4 /ZnMnO3 . For the ZnO nanoparticles doped with Fe, it was determined an increase in unit cell volume as the Fe concentration is increased, which suggests that in 2+ 2+these samples the Fe ions substitute Zn ions. On the other hand, magnetization measurements as a function of applied magnetic eld of undoped ZnO nanoparticles reveal the occurrence of a magnetic ordering which signal is weak and its origin was associated with the coupling of spins of unpaired electrons trapped in the oxygen vacancies located at the surface of the particles. The oxygen vacancy density is large due to the small size of the particles. The magnetic characterization of ZnO nanoparticles doped with Mn reveals the coexistence of two magnetic phases; an intense paramagnetic phase, in which the magnetic moments of Mn ions show antiferromagnetic interactions and another ferromagnetic phase, which was associated with the presence of additional phases such as Mn3O4. The magnetic characterization of ZnO nanoparticles doped with Fe reveals the occurrence of a ferromagnetic behavior. The curves of magnetization (M) vs. magnetic eld (H) obtained at 5K show coercive elds. These coercive elds show an increase with the dopant concentration. At 300K, these coercive elds tend to zero. Zero- eld-cooled (ZFC) and eld-cooled (FC) curves obtained for the Fe-doped ZnO nanoparticles show features of thermal relaxation of superspins or frustrated systems. In order to determine the origin of those relaxations, AC susceptibility measurements were made by varying the frequency of the alternating eld. The real part of the AC susceptibility as function of the temperature shows a maximum, which shifts to higher temperatures when the frequency is increased. Assuming that maximum as the freezing temperature of the system, it was determined that the magnetic properties of the Fe-doped ZnO nanoparticles correspond to a spin glass-like behavior.

Neste trabalho foram estudadas duas composições vítreas, a saber: 30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF2, chamada fluoroindogalato e 41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO, chamada LSCA ( do inglês Low Silica content Calcium Aluminate). A matriz de fluoroindogalato foi dopada com dois conjuntos de íons terras-raras: Tm3+ + Ho3+ e Er3++Yb3+, enquanto que a matriz LSCA foi dopada apenas com os íons Er3+:Yb3+. O objetivo do trabalho foi a caracterização destas matrizes como possíveis meios ativos para laser de estado sólido nas regiões de 2,0 µm (Ho3+) e 2,8µm (Er3+). Neste sentido, foram realizados os experimentos de absorção óptica, fotoluminescência e tempo de vida. A partir dos dados obtidos, foram calculados os parâmetros de intensidade de Judd-Ofelt, os microparâmetros de transferência de energia e o coeficiente de ganho óptico das transições eletrônicas 5I7→ 5I8 (Ho3+) e 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+). A contribuição deste trabalho a espectroscopia de terras-raras em vidros está na caracterização destes íons em termos dos parâmetros de transferência de energia via os modelos de Dexter e Yokota e Tanimoto. Haja vista que tais dados não se encontram disponíveis na literatura especializada. Os resultados mostraram que ocorrem processos de transferência de energia de ordem mais alta que dipolo-dipolo nas interações Tm3+→ Tm3+ e Tm3+→ Ho3+. A transição 5I7 → 5I8 do Ho3+ apresenta coeficiente de ganho óptico positivo a partir da densidade de excitação de 1,2 kW/cm2. Os processos de transferência de energia Er3+→ Er3+ e Er3+→ Yb3+ ocorrem via mecanismo de dipolo-dipolo e a transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+ não é auto-terminada na matriz de fluoroindogalato. O coeficiente de ganho óptico para esta transição é sempre positivo para qualquer densidade de excitação. . A matriz LSCA apresenta auto-terminação da transição 4I11/2→ 4I13/2 do Er3+, sendo portanto, necessária a inserção dos mecanismos de upconversion para a observação de ganho óptico nesta transição eletrônica / In this work two vitreous compositions were studied, that are: fluoroindogalate (30PbF2 - 15InF3 - 20GaF3 - 15ZnF2 - 20CaF22) and LSCA (41,5Al2O3 - 47,4CaO - 7SiO2 - 4,1MgO) - Low Silica Content Calcium Aluminates. The fluoroindogalate host was doped with two sets of rare earth ions: Tm3+ + Ho3+ and Er3++Yb3+, whereas the LSCA host was only doped with Er3+ and Yb3+ ions. The aim of the work was the characterization of these hosts as possible active media for solid state lasers in the spectral regions of 2,0 µm (Ho3+) and 2,8µm (Er3+). In this sense, optical absorption, photoluminescence and lifetime experiments were performed. From the resulting data, Judd-Ofelt intensity parameters, energy transfer microparameters and the electronic transitions 5I7→ 5I8 (Ho3+) and 4I11/2→ 4I13/2 (Er3+) optical gain coefficients were calculated. This work\'s contribution to the rare earth spectroscopy lies in the characterization of such ions in terms of the energy transfer parameters using the Dexter, and Yokota and Tanimoto models considering that these data are not available in the specialized literature. The results have shown that higher than dipole-dipole order processes occur in the interactions Tm3+→ Tm3+ and Tm3+→ Ho3+. The Ho3+ 5I7→ 5I8 transition presents positive optical gain coefficient starting from the excitation density of 1.2 kW/cm2. The energy transfer processes Er3+→ Er3+ and Er3+→ Yb3+ occur via dipole-dipole mechanism and the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 transition is not auto terminated in the fluoroindogalate host. The optical gain coefficient for this transition is always positive for any excitation density. The LSCA host presents auto termination of the Er3+ 4I11/2→ 4I13/2 making it necessary the insertion of upconversion mechanisms for the observation of the optical gain in this electronic transition

A busca pelo prolongamento da qualidade da vida tem incentivado o aparecimento de novos materiais. Vidros que possuem fosfato em sua composição têm encontrado um grande espaço em aplicações como biomateriais, e sua utilização como scaffolds pode ser promissora, pois além de sua estrutura ser mais próxima da parte mineral dos tecidos ósseos, eles são materiais com alta solubilidade em meios aquosos. Vidros niobofosfato foram estudados em trabalhos anteriores e provou-se que a adição de óxido de nióbio em vidros fosfato melhora sua durabilidade química. Há também estudos que revelam que o óxido de nióbio pode ser utilizado como biomaterial devido a sua biocompatibilidade. Neste trabalho determinou-se a taxa de dissolução de uma ampla faixa de composições de vidros niobofosfato em soluções aquosas, e em soluções simuladoras de fluído corpóreo (SBF), com diferentes condições de ensaio. Os vidros estudados neste trabalho com composições (32 - 37)P2O5 (2- 15)Nb2O5 (6-7)Na2O (46-53)CaO, % em mol, foram produzidos a partir da mistura e fusão dos precursores em forno elétrico na faixa de temperatura de 1300ºC - 1400ºC por 0,3h. Foram produzidos sete tipos de vidros com composições diferentes, tendo como base a variação do teor de óxido de nióbio. Os vidros foram submetidos a análises de citotoxicidade e foram considerados não citotóxicos. Análises por difração de raios X mostraram que os materiais são amorfos e não se observou a presença de fases cristalinas após imersão tanto em solução aquosa, quanto em SBF. A densidade dos vidros variou de 2,84 a 3,14 g/cm3 em função do teor de óxido de nióbio. Observou-se a perda de massa dos vidros imersos em água e em SBF a 37ºC por 21 dias, sendo que a taxa de dissolução é maior quanto menor o teor de nióbio. As taxas de dissolução também variam de acordo com as condições de imersão das amostras. Micrografias eletrônicas de varredura mostraram a superfície das amostras antes e após imersão. Observou-se a formação de trincas nas superfícies de algumas amostras, resultado da liberação de matéria para o meio lixiviante. Houve aparente formação de uma camada superficial em uma determinada composição. Análises por espectrometria de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) determinaram os teores dos elementos presentes nas composições dos vidros, antes e após as imersões. Observou-se a presença de Al2O3, resultado da contaminação do vidro pelo cadinho, e também uma variação significativa no teor de P2O5 causado pela volatilização do mesmo no processo de obtenção do vidro. A variação dos teores dos elementos na superfície de alguns vidros após os períodos de imersão é causada principalmente pela liberação preferencial de P, Na, Al. Os teores dos elementos P, Na, Nb e Ca foram determinados por EDX nas soluções aquosas utilizadas para os testes de lixiviação. / The need to extend and improve the quality of life is leading to the search of new materials. Glasses containing phosphorous in their compositions are considered biomaterials and can be used as scaffolds because they have a structure close to the mineral component of bone tissues, and present relatively high solubility in water. The chemical composition, morphology, and mechanical properties of bioactive glasses can be properly fit to allow bonding with bones. Niobium phosphate glasses have been previously investigated. The addition of niobium oxide improves the chemical durability of phosphate glasses, and they are considered biocompatible. In the present work the dissolution rate of a wide range of niobium phosphate glass compositions were determined in water and Simulated Body Fluid (SBF). The glass compositions were in the range (32 - 37)P2O5 (2-15)Nb2O5 (6-7)Na2O (46-53)CaO mol%, and they were prepared by melting reagent grade chemical compounds in the temperature range 1300ºC - 1400ºC for 0.3h in an electrical furnace. Seven different glasses were prepared. The glasses were considered non-toxic after performing cytotoxicity tests. No evidence of crystalline phases was observed on X-rays diffraction patterns before and after the corrosion tests. The glass densities are in the range of 2.84 - 3.14 g/cm3. The density increases as the amount of niobium oxide increases. A mass loss was determined after immersing glass samples in water and in SBF at 37ºC during 21 days. The dissolution rate decreases as the amount of niobium oxide increases. The dissolution rate depends on the immersion medium and conditions. Cracks on the glass surfaces were observed by scanning electron microscopy after the corrosion tests which are related to the material release from the glass surface to the liquid. There is also evidence of formation of a layer on the surface of a specific glass composition. The glass compositions were determined before and after the corrosion tests by X-ray Fluorescence Spectrometry (EDS). Aluminum was detected in the glass composition. This element is related to the contamination of the glass by the crucible used in the glass melting. A significant variation of the amount of P2O5 compared to the nominal composition was also noticed, due to the volatilization of phosphorous during the glass melting. The surface glass composition changes during the leaching tests in water or SBF because of the preferential release of P, Na, and Al. EDS was also used to determine the concentration of P, Na, Nb, and Ca in the leaching solution by using the dry drop method.

O presente trabalho visa o estudo e análise da relaxação de tensão em vidros de fluoroindatos em temperaturas pouco abaixo de Tg, temperatura de transição vítrea. Amostras com composição 40InF3-20SrF2-l6BaF2-20ZnF2-GdF3-2NaF (mol%) foram preparadas em atmosfera controlada e caracterizadas utilizando-se as técnicas de Calorimetria Diferencial, Microscopia Eletrônica de Varredura, Refratometria, Picnometria e Infra- Vermelho. A medida da resposta temporal da relaxação de tensão foi realizada por Microelipsometria utilizando um programa de aquisição de dados desenvolvido no presente trabalho, com visualização gráfica e interação com o usuário em tempo real de ensaio. Uma câmara seca, projetada e construída para colocação de um fomo cilíndrico em atmosfera controlada, foi utilizada conjuntamente com a adaptação de microelipsômetro. Durante o processo de relaxação, pequenos sulcos apareceram na superfície do vidro afetando o seu comportamento após um determinado período. Medidas em atmosfera seca mostraram que a umidade é um importante parâmetro no processo de relaxação / Analysis of stress relaxation in fluoroindate Glasses at temperatures slightly lower than the Tg, glass transition temperature, have been reported. Glass samples with composition 40InF3-20SrF2-l6BaF2-20ZnF2-GdF3-2NaF (mol%) have been prepared under controlled atmosphere and characterized by the following techniques: Differential Scanning Calorimetry, Scanning Electron Microscope, Refractometry, Picnometry and Infra-Red Spectroscopy. The time response measurement of stress relaxation have been determined by the Microellipsometer technique using a data acquisition program developed in this research, with graphic visualization and interaction with the user at the real time of the experiment. A dry box designed and built for the introduction of a cylindrical forge in controlled atmosphere have been used with a microe1ipsometer. During the relaxation process, very small grooves appeared on the glass surface affecting its behaviour after a determined period of time. Measurements in dry atmosphere showed that humidity was an important parameter in the relaxation process

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.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:49:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5260_1.pdf: 2940778 bytes, checksum: 2011887e2816dd252869b5013bcce342 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho foram produzidos materiais vítreos da família dos oxifluoretos, B2O3 CaF2 (BF), da família dos óxidos de metais pesados, PbOGeO2 (PGO) e PbO-Bi2O-Ga2O3 (PBG) dopados com íons de Nd3+ e Pr3+ (com diferentes concentrações) contendo prata, pelo método de fusão. Partículas de prata de diferentes tamanhos e concentrações foram crescidas mediante diferentes tratamentos térmicos. As técnicas espectroscópicas de absorção, excitação e emissão foram utilizadas para a análise da formação da banda de absorção dos plasmons superficiais das partículas de prata e análise da luminescência dos íons terras raras na presença das partículas metálicas. A microscopia de transmissão foi usada para a caracterização estrutural do sistema de partículas. As técnicas usadas permitiram a identificação de partículas com diâmetros de 2 a 30 nm. As técnicas ópticas foram usadas para analisar a formação da banda de plasmons superficiais (PS) associadas às NP de prata e para determinar a influência das NP sobre a luminescência dos íons de terras raras (TR). A banda PS é centrada em 420 nm para as amostras BF e centrada em 460 nm para os vidros PGO. Devido à interação terra rara partícula metálica observou-se aumento da luminescência dos íons TR. Um cálculo do rendimento quântico, CR, da transição 1D2 → 3H5, considerando processos de aumento de campo local e transferência de energia dos íons para as partículas, e a obtenção da eficiência quântica, EQ, do nível 3P0 do íon Pr3+ foram realizadas nas matrizes BF e PGO respectivamente. Foi obtido CR=2.48, que comparado com o valor experimental (≈2.0) está em boa concordância; uma EQ aumentada entre 10 e 100% na presença da prata foi também estimada. As amostras de PGO e PBG mostraram bandas de luminescência devido aos íons Pb2+ em 430 nm e para comprimentos maiores que 500 nm. Estas emissões foram engrandecidas com a presença das partículas de prata

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-28T17:24:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tudury_GastonEsteban_D.pdf: 5621215 bytes, checksum: dc004313e365edd6174b4af1fd7cea29 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Esta tese é dedicada ao estudo das propriedades ópticas lineares e não-lineares de vidros dopados com Pontos Quânticos (PQ) de PbTe. O interesse nesse tipo de vidro ocorre devido às altas e ultra-rápidas, não-linearidades obtidas com o confinamento quântico. O uso do PbTe é importante para que o pico de absorção ocorra na região de 1300nm a 1500nm utilizada em comunicações ópticas. As técnicas espectroscópicas lineares utilizadas nesse trabalho foram: absorção óptica, fotoluminescência (PL), fotoluminescência de excitação (PLE), estreitamento da linha de fluorescência (FLN) e absorção com pressão uniaxial. Também usamos uma técnica não linear, estudos de bombeio&prova, para obter a variação da absorção com resolução de femtossegundos. Dos estudos lineares obtivemos o comportamento do confinamento quântico em função da temperatura e da pressão, uma estimativa dos alargamentos homogêneo e inomogêneo e observamos uma quebra da linha de absorção do estado fundamental. Essa quebra foi atribuída à presença de "stress-strain" devido ao descasamento dos coeficientes de dilatação térmica PQ/matriz vítrea. Ao contrário dos semicondutores II-VI da família CdX que têm o "band gap" no ponto G da zona de Brillouin, a família PbX tem o "band gap" no ponto L e é 4 vezes degenerado, degenerescência conhecida como 'estrela¿. Efeitos de "stress-strain" podem levantar essa degenerescência estrela e quebrar as linhas de absorção. O máximo da absorção em função da temperatura segue uma reta com inclinação negativa. A inclinação dessa reta é bem menor do que a prevista pelos modelos de confinamento utilizados com a inclusão da dependência dos parâmetros do "gap" em função da temperatura. O "Stokes Shift" observado entre o "band edge" nos experimentos de absorção e luminescência pode ser explicado pelos efeitos de renormalização do "band gap" (BGR ¿ "Band Gap Renormalization") devidos à alta concentração de portadores no PQ (representada por apenas um par elétron-buraco). Os experimentos de PLE e FLN mostraram uma estrutura separada do comprimento de onda de bombeio de 15meV, que pode ser atribuída a uma réplica do fônon LO. No experimento de bombeio&prova conseguimos observar, além dos aspectos usuais de uma variação da absorção que se recupera em um tempo da ordem de 100ps, o aparecimento de uma modulação oscilatória. Essa modulação é devida à geração de fônons acústicos coletivos coerentes que oscilam em um modo denominado 'modos de respiração¿ ou "breathing modes". Estes modos de oscilação já haviam sido observados por espectroscopia Raman, mas não em experimentos de bombeio&prova. Os "breathing modes" são excitados pela 'pressão de confinamento¿ dos portadores fotocriados e só são observados em materiais que apresentam degenerescência dos níveis de energia, pois do contrário a transição estaria bloqueada pela presença dos portadores. A excitação destes modos faz oscilar o tamanho dos PQ mudando o confinamento. Essa variação da energia dos níveis faz com que o feixe de prova entre e saia de ressonância, modulando a transmissão. A freqüência dos "breathing modes" depende do tamanho dos PQ. Os dados experimentais mostram uma boa concordância com o modelo teórico de modos normais de oscilação de uma inclusão esférica em um meio elástico infinito. Nossa análise foi capaz de explicar a freqüência, a fase, o amortecimento e a amplitude das oscilações assim como a forma de excitação e observação da oscilação em função do tamanho dos PQ. Finalmente, desenvolvemos um cálculo teórico para descrever os níveis de energia de PQ de PbTe incorporando efeitos de anisotropia de banda. Para isto retiramos a aproximação esférica de um modelo de Kang&Wise para os níveis de energia e resolvemos o problema diretamente. Nossos resultados mostraram o papel da anisotropia nos níveis confinados e como ela mistura os estados excitados. As correções obtidas são pequenas para PQ de PbS e PbSe, que têm um fator de anisotropia de 3:1, mas apreciáveis para PbTe, cujo fator é de 10:1. Com esse cálculo, o mais completo que pode ser feito dentro de um formalismo k · ¯p, podemos também resolver o problema de pontos quânticos elipsoidais. Os resultados do modelo foram utilizados em nossas interpretações dos resultados experimentais / Abstract: This thesis is dedicated to the study of linear and non-linear properties of PbTe quantum dot (QD) doped glasses. These glasses attract interest because of the high, ultra fast non-linearity obtained with quantum confinement. The choice of PbTe is because of its absorption peak occurs in the 1300nm to 1500nm region used in optic communications. The linear spectroscopic techniques used in this work were optical absorption, photoluminescence (PL), photoluminescence of excitation (PLE), fluorescence line narrowing (FLN) and absorption under uniaxial pressure. We have also used pump&probe, a non-linear technique, in order to obtain the absorption change with femtoseconds resolution. From the linear studies we have obtained the quantum confinement behavior dependence on the temperature and pressure, an estimative of the homogeneous and inhomogeneous widths and observed a line shape break in the ground state. This break was attributed to the presence of stress-strain due to the mismatch of the thermal dilatation coefficient between the QD and glass. Differently from the CdX family II-VI semiconductors, which have the band gap on the G point of the Brillouin zone, the PbX family has the band gap located in the G point with four-folded degeneracy, also known as star degeneracy. Stress-strain effects can break this star degenerescency and break up the absorption line. The absorption maximum in function of the temperature follows a negative sloped straight line. This slope is much smaller than predicted by the confinement models used with the inclusion of the temperature dependency of the gap parameters. The observed Stokes shift between the band edge of the absorption and luminescence experiments can be explained by band gap renormalization (BGR) effects, due to the high carrier concentration on the QD (represented by one electron-hole pair). The PLE and FLN experiments have showed a structure separated from the pump wavelength by 15meV which can be attributed to a LO phonon replica. In the pump and probe experiment we could observe, besides of the common aspects of an absorption change recovering in about 100ps, the occurrence of an oscillatory modulation. This modulation is due to the generation of coherent acoustical collective phonons that oscillate in the so called 'breathing modes¿. These modes had been observed by Raman spectroscopy before, but never by pump&probe experiments. The breathing modes are excited by the confinement pressure of the photo created carriers and are only observed in materials with degenerate energy levels, because otherwise the transition would be blocked by the presence of the carriers. The excitation of these modes makes the probe beam go in and out of resonance, modulating the transition. The breathing modes frequency depends on the QD size. Experimental data show a good agreement with the theoretical model of normal modes of oscillation of a spherical inclusion in an infinite media. Our analysis could explain the frequency, phase, damp and amplitude of oscillations as well as the excitation and observation mechanisms in function of the QD sizes. Finally, we have developed a theoretical calculus to describe the energy levels of the PbTe QD including band anisotropy effects. To this we have taken the spherical approximation of Kang&Wise model and solved the problem directly. Our results showed the role of anisotropy on the confined levels and how it mixes the excited states. The obtained corrections are small for PbS and PbSe QD, which have an anisotropy factor of 3:1, but are considerable for PbTe, whose factor is 10:1. With this calculus, the most complete that can be performed under ' k · ¯p formalism, we can also solve the problem of ellipsoidal QD. The model results were used in the interpretation of our experimental data / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7995_1.pdf: 7475081 bytes, checksum: 63f107611384016586e901dca7ab3ec8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Duas classes de sistemas que apresentam desordem e complexidade foram abordadas nesta tese. Na primeira, no contexto da Mecânica Estatística de Equilíbrio, estudamos os sistemas magnéticos desordenados frustrados conhecidos como vidros-de-spins abordando dois problemas. No primeiro, investigamos a estrutura do estado fundamental do modelo de vidros-de-spins de Ising, definidos na rede hierárquica de Migdal-Kadanoff através da análise da distribuição do link overlap de um conjunto de pares de réplicas do sistema. Nestas redes o link overlap pode ser calculado através de um método recursivo exato em função da temperatura. Os resultados mostram uma forte concordância com o cenário descrito pela teoria de escala, mais conhecido como droplet model quando uma distribuição de probabilidades contínua (Gaussiana) para os acoplamentos é considerada, porém com pequenas discrepâncias quando a distribuição inicial de acoplamentos é discreta (Delta bimodal). No segundo problema, estudamos a existência de transições de fase no modelo de vidros-de-spins com variáveis de Potts de q estados definido na rede de Migdal Kadanoff usando o método do grupo de renormalização por decimação. Os resultados para q = 2 recuperam, como esperado, aqueles reportados na literatura para o modelo com variáveis de Ising onde a transição de fase vidro-de-spins é observada para redes com dimensão maiores que d(2) ~ 2; 5. Para os casos q > 2, o modelo apresenta uma transição de fase para dimensão igual ou acima de certo valor d(q). Nestes casos, abaixo de certa temperatura crítica, o fluxo das distribuições de probabilidades renormalizadas evolui para um atrator estranho localizado em uma região com temperatura finita em um espaço de parâmetros apropriado. As respectivas temperaturas críticas para vários valores de q e para várias dimensões d foram obtidas utilizando-se três distribuições de probabilidades iniciais para os acoplamentos: a distribuição gaussiana, a distribuição uniforme e a distribuição delta-bimodal, todas com média nula e variância unitária. O valor da temperatura crítica correspondente à distribuição de ponto-fixo" também foi estimado. Na segunda classe de sistemas complexos, num contexto dinâmico e fora do equilíbrio, consideramos um modelo tipo autômato celular para descrever a dinâmica da propagação de incêndios florestais em ambientes heterogêneos, isto é, com populações de árvores com distintos graus de resistência à queima. Esse modelo generaliza o modelo de propagação de incêndios em florestas homogêneas, considerado na literatura como um dos paradigmas para se investigar sistemas que apresentam criticalidade auto-organizada. Uma análise de escala das distribuições do tamanho e do tempo de duração das queimadas mostra que a presença de árvores com grau de resistência acima de certo valor crítico provoca uma quebra no comportamento crítico auto-organizado do sistema. Isto é, ao invés de evoluir para um estado estacionário com queimadas sem escalas de tempo ou tamanho característicos, o sistema evolui para um estado estacionário com queimadas relativamente pequenas e com tempos de duração bem característicos. Observações realizadas mostram que o modelo heterogêneo é mais apropriado para descrever incêndios reais

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8045_1.pdf: 356055 bytes, checksum: 3a8ace570b29942c133b6e4e1804fb80 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2002 / Este trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades ópticas dos átomos de Tm3+ hospedados em vidros fluoroindatos utilizando a teoria de Judd-Ofelt, o estudo do processo de conversão ascendente de energia do vermelho para a região azul e ultravioleta e os processos de transferência de energia entre íons de Tm3+ por relaxação cruzada. As propriedades ópticas são explicadas a partir do cálculo da força de oscilador obtida a partir do espectro de absorção, de onde são calculadas a propriedades ópticas dos íons de Túlio. No estudo da conversão ascendente de energia, o bombeamento é feito por um laser de corante, pulsado, sintonizado em ressonância com o nível 3F2 (650nm), e as emissões de conversão ascendente de energia têm origem na absorção seqüencial de dois fótons por um só íon. As emissões foram plenamente caracterizadas e seu comportamento é atribuído à transferência de energia (relaxação cruzada) entre íons de Tm3+

Orientador: Luiz C. Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-24T22:10:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CuevasRojas_RaulFernando_D.pdf: 5644281 bytes, checksum: 3322e55fc5a01650015df797b1011fdf (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho, fazemos a descrição e a análise do método utilizado na fabricação de vidros dopados com quantum dots de PbTe e das técnicas de caracterização que foram usadas para estudar as propriedades destes vidros. Foram preparadas matrizes vítreas borosilicato dopadas com 2% de PbTe, matrizes fosfato e matrizes à base de óxido de telúrio dopadas com 5 e 10% de PbTe respectivamente. A caracterização doi realizada fazendo uso das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão de alta resolução (HRTEM), análise térmica diferencial (DTA), análise termomecânica (TMA). Espalhamento de raios-x em baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de absorção linear. A aplicação desta técnicas nas matrizes borosilicatos permitiram estabelecer os tratamentos térmicos adequados para o desenvolvimento dos quantum dots semicondutores com estreita distribuição de tamanho, o mecanismo de crescimento e o estudo dos efeitos de confinamento quântico. Os resultados mostraram que aplicando tratamentos térmicos simples na matrizes borosilicato é possível desenvolver quantum dots de PbTe com dispersão de tamanho de até 8%. O crescimento destes nanocristais é governado pelo mecanismo de difusão controlada e a energia de ativação que caracteriza este processo é de 474 kJ/mol para a matriz BSZK e 133 kJ/mol para a matriz BSZPN. A análise das medidas SAXS e de espectroscopia de absorção mostraram que, o modelo da aproximação da massa efetiva não é válido para quantum dots de PbTe e que a física envolvida nos efeitos de confinamento quântico é muito mais complicada do que o modelo simples. O espectro de absorção dos vidros dopados com PbTe mostraram, o típico "blue shift"que caracteriza os efeitos de confinamento quântico e a presença de picos bem resolvidos, indicativo da estreita distribuição de tamanho dos quantum dots. De outro lado, neste estudo mostramos que, controlando o tamanho dos quantum dots, a borda de absorção pode ser deslocada na faixa de 1000 a 2000 nm e portanto, a possibilidade de obter quantum dots com gap óptico na região de 1300 e 1500 nm. Isto sugere que Vidros dopados com quantum dots de PbTe potencialmente possam ser usados para aplicações em comunicação óptica e dispositivos fotônicos / Abstract: In this work, we make a description and analysis of the fabrication method's of the PbTe quantum dots (QD) doped glasses and characterization techniques used by study the properties of the glasses. We have prepared glasses doped with 5 and 10 % of PbTe respectively. The characterization was by Scanning Electron Microscopy (SEM), High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), Differential Thermal Analysis (DTA), Thermal Mechanics Analysis (TMA), Scattering Angle Small X-Ray (SAXS) and Uv-Vis NIR Absorption Spectroscopy. Our Results shown that with simple thermal treatment in borosilicate matrixes is possible developed PbTe quantum dots narrow size distributions and the mean mechanism of growth is controlled by diffusion. In the borosilicate glasses the high size distribution for the quantum dots was 8 % and the activation energy in the BSZK matrix was 474 KJ/mol and 133 KJ/mol in the BSZPN matrix. With the SAXS and absorption spectroscopy measurements, we have shown that the effective mass approximation model's is not valid for PbTe quantum dots and the physics of quantum confinement is more complicate that box model. The absorption spectra of the doped glasses with PbTe shown the blue shift the absorption edges and wells resolved peaks. We shown that controlling the size of quantum dots is possible shifted the absorption edge between 1000 and 2000 nm therefore it is possible tuning the optic gap in the 1300 and 1500 nm region. These properties can be used for application in photonics devices / Doutorado / Física / Doutor em Ciências