Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work we have employed the Melting-Nucleation method in order to synthesize semiconductor
and semimagnetic quantum dots (QDs), CdSe, CdSxSe1-x, CdS e Cd1-xMnxS, in a glass matrix. We
have investigated these QDs by using several experimental techniques and theoretical models,
reaching a comprehensive understanding of their fundamental properties. The lattice contraction in
CdSe QDs was confirmed by Raman spectroscopy, evidencing that the glass matrix (host material)
plays an important role on the vibrational modes of nanocrystals (NCs). Advancement in the synthesis
of pseudo-bynary CdSxSe1-x QDs was achieved by obtaining a good control on the alloy composition
in two variants of precursor dopings, while the QD size is tuned by annealing. Resonant Raman
spectra of these CdSxSe1-x QDs were very well described by the continuum lattice dynamics model,
suggesting the propagation of optical phonons within the NC. By studying CdS QDs by temperaturedependent
Raman spectroscopy, we have demonstrated that there is a large difference between the
thermal expansion coefficients of QD e of bulk material. The same conclusions were obtained for the
modal Grüneisen parameters and for the anharmonicity coupling constants, so that they have to be
estimated independently of bulk parameters in the study of thermal properties of QDs. We have
employed the Electron Paramagnetic Resonance in order to confirm that the migration of Mn2+ ions in
Cd1-xMnxS NCs, from the core to the surface, can be controlled by a thermal annealing. We have
proved yet that the luminescence emitted by Cd1-xMnxS NCs can be controlled by changing the x
concentration and by the thermal annealing, in which the emission of Mn2+ ions (4T1 6A1) is only
observed when this magnetic impurity is substitutionally into the core of Cd1-xMnxS NC. From
temperature-dependent photoluminescence measurements, we have come up with a model based on
rate equations that describes well the energy transfers involving two coupled groups of Cd1-xMnxS
NPs. Further emissions from deep defect levels were attributed to two energetically different
divacancies, VCd VS, in the wurtzite structure of Cd1-xMnxS NPs, which can be controlled by the
magnetic doping. By studying the magneto-optical properties of Cd1-xMnxS NPs, we have
demonstrated that the self-purification is the dominant mechanism controlling the doping process in
semiconductor QDs grown by the melting-nucleation method. We have demonstrated that the multiphonon
Raman scattering in the coupled Cd1-xMnxS NPs, as well as the coupling strength between
electrons and optical phonons, can satisfactorily be tuned by the magnetic doping with Mn2+ ions and
by an appropriate thermal annealing. Furthermore, we have verified that the magnetic doping have
induced variations on the sp-d exchange interaction and in the crystalline quality of NPs. / Neste trabalho nós utilizamos o método de Fusão-Nucleação para sintetizar pontos quânticos (PQs)
semicondutores e semimagnéticos, CdSe, CdSxSe1-x, CdS e Cd1-xMnxS, em uma matriz vítrea. Nós
investigamos estes PQs utilizando várias técnicas experimentais e modelos teóricos, obtendo um
entendimento compreensivo das suas propriedades fundamentais. A contração da rede cristalina nos
PQs de CdSe foi confirmada pela espectroscopia Raman, evidenciando que a matriz vítrea (material
hospedeiro) desempenha um papel importante sobre os modos vibracionais dos nanocristais (NCs).
Um avanço na síntese de PQs pseudo-binários de CdSxSe1-x foi alcançado, obtendo um bom controle
sobre a composição da liga em duas variações de dopantes precursores, enquanto o tamanho do PQ é
controlado pelo recozimento. Os espectros Raman ressonantes destes PQs de CdSxSe1-x foram muito
bem descritos pelo modelo da dinâmica de rede contínua, sugerindo a propagação de fônons ópticos
dentro do NC. Ao estudar PQs de CdS por espectroscopia Raman dependente da temperatura, nós
demonstramos que existe uma grande diferença entre os coeficientes de expansão térmica do PQ e do
material bulk. As mesmas conclusões foram obtidas para os parâmetros de Grüneisen modais e para as
constantes de acoplamento da anarmonicidade, de maneira que eles devem ser estimados
independentemente dos parâmetros do bulk no estudo das propriedades térmicas dos PQs. Nós
utilizamos a Ressonância Paramagnética Eletrônica para confirmar que a migração de íons Mn2+ em
NCs de Cd1-xMnxS, do núcleo para a superfície, pode ser controlada por um recozimento térmico.
Comprovamos ainda que a luminescência emitida pelos NCs de Cd1-xMnxS pode ser controlada pela
modificação da concentração x e pelo recozimento térmico, em que a emissão dos íons Mn2+ (4T1 6A1)
é somente observada quando esta impureza magnética está substitucionalmente incorporada no núcleo
do NC de Cd1-xMnxS. A partir de medidas de fotoluminescência dependente da temperatura, nós
desenvolvemos um modelo baseado em equações de taxa que descreve bem as transferências de
energia envolvendo dois grupos acoplados de nanopartículas (NPs) de Cd1-xMnxS. Emissões adicionais
a partir de níveis de defeitos profundos que foram atribuídos duas divacâncias energeticamente
diferentes, VCd VS, na estrutura wurtzita das NPs de Cd1-xMnxS, que podem ser controladas pela
dopagem magnética. Ao estudar as propriedades magneto-ópticas das NPs de Cd1-xMnxS, nós
demonstramos que a autopurificação é o mecanismo dominante controlando o processo de dopagem
em PQs semicondutores crescidos pelo método de fusão-nucleação. Nós demonstramos que o
espalhamento Raman multi-fônon nas NPs de Cd1-xMnxS acopladas, bem como a força do
acoplamento entre elétrons e fônons ópticos, podem ser adequadamente sintonizados pela dopagem
magnética com íons Mn2+ e por um recozimento térmico apropriado. Além disso, verificamos que a
dopagem magnética induziu variações na interação de troca sp-d e na qualidade cristalina das NPs. / Doutor em Física
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/15607 |
| Date | 18 January 2013 |
| Creators | Freitas Neto, Ernesto Soares de |
| Contributors | Dantas, Noelio Oliveira, Torre, Liliana Sanz de La, Piovesan, Erick, Fonseca, Antonio Luciano de Almeida, Siqueira Junior, José Roberto |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Física, UFU, BR, Ciências Exatas e da Terra |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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