Ciências Exatas e Tecnológicas
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Item Efeito da concentração de Manganês na frequência dos fônons ópticos polares em ligas de CdMnTe(Universidade Federal de Viçosa, 2023-06-29) Soares, Thamires Cordeiro; Araújo, Eduardo Nery Duarte de; http://lattes.cnpq.br/4642673830141564Na última década, o interesse por semicondutores magnéticos diluídos (SMD) aumentou devido às suas potenciais aplicações tecnológicas que demandam uma compreensão pro- funda das técnicas de crescimento bem como das propriedades fundamentais deste tipo de material. Dentro desta classe de materiais, as ligas de Cd1−x Mnx Te (CMT) apresentam grande potencial para aplicações em larga escala. Através da alteração da concentração x de manganês, é possível variar o parâmetro de rede do material, e como consequên- cia o gap de energia do semicondutor, o que possibilita a concepção de, por exemplo, superredes, poços quânticos e heterojunções. Devido a isso, o CMT tem inúmeras apli- cações tecnológicas, incluindo lasers operacionais, detectores de radiação de raios-X e γ de alto desempenho e células solares, todos capazes de operar em temperatura am- biente. Sintetizar dispositivos baseados em SMD de alta qualidade para aplicações em optoeletrônica é um dos principais objetivos da epitaxia por feixe molecular (MBE). As- sim, para compreender os efeitos ópticos da inclusão de manganês em CMTs, é preciso primeiro compreender os mecanismos de crescimento associados a esta técnica. Pensando nisso, este trabalho propôs o experimento de sintetizar filmes de CMT com concentra- ções distintas de manganês, usando a técnica de crescimento MBE. Existem dois modos de fônons ópticos longitudinais no CMTs, like-CdTe (LO1 ) e like-MnTe (LO2 ), para os quais trabalhos anteriores mostram que há uma dependência linear da frequência com a concentração de Mn. Porém, no presente trabalho, observou-se por meio da técnica de espectroscopia Raman que para determinadas combinações da frequência da luz incidente e da concentração de Mn das amostras há um pronunciado efeito de espalhamento Raman ressonante, no qual as frequências aparentes dos modos LO1 e LO2 permanecem constan- tes à medida que a concentração de Mn aumenta. Com intuito de investigar este problema, foram realizadas medidas de fotoluminescência (PL) nas amostras de CMT produzidas, o que possibilitou avaliar as transições eletrônicas permitidas à medida que a concentração de manganês aumenta. A largura dos picos de PL sugerem que há uma distribuição de concentrações de Mn nos filmes produzidos. Esta heterogeneidade assegura as condições para o espalhamento Raman ressoante, que será observado toda vez que a energia do fóton incidente se aproximar de uma transição eletrônica do material. Palavras-chave: Epitaxia por Feixe Molecular. Espalhamento Raman Ressonante. Telu- reto de Cádmio-Manganês.Item Design of Heusler alloys using Co-VB-Sn (VB = V, Nb, Ta) atoms within ab initio calculations for thermoelectric applications(Universidade Federal de Viçosa, 2023-11-07) Santos, Alan Antônio das Graças; Borges, Pablo Damasceno; http://lattes.cnpq.br/3831494194287584Environmentally friendly energetic matrices are essential for sustainable human development. In this perspective, Heusler alloys have shown to be promising materials for thermoelectric applications. This work presents a theoretical study of Co-VB-Sn (VB = V, Nb, Ta) Heusler alloys within the GGA-PBE and hybrid (HSE06) approaches. The cubic (C1b) CoVSn, CoNbSn and CoTaSn Half-Heusler compounds exhibit semiconductor characteristics and a bandgap of 1.33eV, 1.50eV and 1.18 eV, respectively, when Co occupies the Wyckoff 4c site. The cubic (L21) Co2VSn, Co2NbSn and Co2TaSn Full-Heusler are half-metallic compounds with a bandgap of 1.26eV, 0.86eV and1.36 eV. All the systems present a total magnetic moment in agreement with the Slater-Pauling rule. The chemical bonds analyses indicate covalent-polar bonds in the studied alloys. High effective mass was found to semiconductors structures, an excellent result in relation to application as thermoelectric. Using Wannier functions, and based in experimental data present in the literature it was studied the thermoelectric parameters for the CoTaSn alloy. Keywords: Heusler alloys. Co-VB-Sn. Thermoelectric materials. DFT. Effective mass.Item Investigação dos efeitos de rugosidade para o entendimento dos mecanismos de interconversão de correntes de spin e carga(Universidade Federal de Viçosa, 2023-08-11) Moreira Júnior, José Geraldo Pimentel; Fonseca, Jakson Miranda; http://lattes.cnpq.br/1026912489667092A spintrônica é um campo que tem grande potencial de aplicações tecnológicas e tem gerado grande interesse pela comunidade científica. Gerar, manipular e detectar correntes spin polarizadas constituem um dos principais desafios da eletrônica baseada em spin. Nosso principal objetivo é entender os mecanismos de conversão de corrente de spin para corrente de carga e os efeitos da rugosidade e/ou impurezas da superfície ou interface de uma material. Para dar sequência ao trabalho iremos analisar os resultados experimentais obtidos recentemente, onde foi investigado a conversão de corrente de spin para corrente de carga em filmes depositados por pulverização catódica do isolante topológico Bi 2 Se3 em camadas cristalinas únicas de granada de ítrio e ferro (Y IG, Ytrium Iron Garnet, Y3 F e5 O12 ) e filmes policristalinos de permalloy (P y−N i81 F e19 ) e obteve-se como resultado uma inversão na polarização da voltagem quando foram usados o T a e P t. Palavras-chave: Spintrônica. Correntes de carga e spin. Isolantes Topológicos. Spin Pumping. Mecanismos de espalhamento.Item Estudo da transição BKT na pseudoesfera através da aproximação harmônica auto-consistente(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-12) Sousa, Gabriel Júnior de; Moura, Antônio Ribeiro de; http://lattes.cnpq.br/5914149153674054As transições de fase apresentaram uma profunda quebra de paradigma no estudo dos materiais. Na física de baixas dimensões, há uma classe peculiar de fenômenos cuja na- tureza é exclusivamente topológica. Os defeitos oriundos do arranjo de cristais ou do surgimento de quasipartículas, predispõem, dentre outras possibilidades, a ocorrência de alterações nas propriedades magnéticas do sistema. Neste trabalho, investigamos a tran- sição de fase de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) sobre uma variedade riemanniana de curvatura negativa conhecida como pseudoesfera através da aproximação harmônica auto-consistente (AHAC) com o objetivo de determinar os parâmetros termodinâmicos renormalizados introduzidos por este método. Em decorrência disto, uma primeira es- timativa para a temperatura de transição é fornecida. A complexidade da geometria hiperbólica no que se refere a sua expressão no espaço euclideano mostra-se evidente. Pensando em futuros estudos voltados a aplicações tecnológicas e em eliminar os obstácu- los que esta dificuldade impõe, aplicamos parte dos nossos esforços a clarificar a literatura existente estabelecendo uma ponte entre o modelo da pseudoesfera apresentado e o espaço matemático do laboratório via isometrias. Palavras-chave: Transição BKT. Aproximação harmônica auto-consistente. Pseudoes- fera.Item Produção e caracterização de filmes finos de hexacianoferrato de níquel para estudos de armazenamento de energia e aplicações em spintrônica(Universidade Federal de Viçosa, 2023-06-15) Lucas, Janaísa Luiza Cristino; Mendes, Joaquim Bonfim Santos; http://lattes.cnpq.br/5336202278862558O Hexacianoferrato Férrico comumente referido como Azul da Prússia é o precursor de uma importante classe de compostos de valência mista chamados Hexacianometalatos. O Azul da Prússia e seus análogos têm atraído a atenção de diversos grupos de pesquisa devido às suas propriedades eletrocatalíticas, iônicas, magnéticas moleculares, fotossensíveis e eletroquímicas. Dos análogos do azul da Prússia, o hexacianoferrato de níquel (NiHCF), em particular, apresenta propriedades oxidação e redução atrativas no que diz respeita à sua capacidade eletroativa e adsorção de cátions do eletrólito. Essas propriedades estão diretamente ligadas à sua rede cúbica de face centrada que permite a intercalação/desintercalação de íons de metais alcalinos nos espaços intersticiais, de modo que o NiHCF é sensível a eles e de fácil detecção, além de favorecer o processo de armazenamento de energia. Existem vários métodos diferentes para a preparação dos filmes finos de NiHCF e, neste trabalho, foi utilizado o processo de derivação da camada eletrodepositada de níquel sobre um substrato de silício pela técnica de Voltametria Cíclica para diferentes números de ciclos. Foram utilizadas diversas técnicas experimentais para caracterizar os filmes, incluindo microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X, espectroscopia Raman, técnica de análise magnética e ciclos de carga/descarga. Através dessas técnicas, foi possível determinar a composição química, a morfologia, a estrutura cristalina, as propriedades magnéticas e o armazenamento de energia de cada filme fabricado. Os resultados exibiram modificações superficiais nas amostras, as quais estão intimamente ligadas à deformação nas camadas e alteração da rugosidade superficial dos filmes. Os ciclos de carga e descarga foram utilizados para determinar o armazenamento de energia em cada amostra. Os resultados evidenciaram que a rugosidade exerce influência na capacidade de armazenamento de energia de cada filme, revelando uma correlação entre essas duas propriedades. Também foram fabricadas nanoestruturas híbridas magnéticas formadas por NiHCF em contato atômico com filmes ferromagnéticos de permalloy (liga de ferro e níquel) com intuito de investigar mecanismos de geração e conversão de correntes de spin. Por fim, outro material magnético que poderia ser utilizado na fabricação das nanoestruturas e dispositivos spintrônicos é a granada de ítrio e ferro (YIG). Este material pode ser crescido por meio de diferentes técnicas, e no nosso trabalho, exploramos o crescimento de filmes de YIG em substratos granada de gadolínio e gálio (GGG) pela técnica de sputtering, seguido de tratamento térmico em atmosfera de oxigênio. Os filmes YIG foram fabricados com diferentes espessuras e foram caracterizados por diferentes técnicas experimentais para obter suas propriedades estruturais, morfológicas e magnéticas. Palavras-chave: Azul da Prússia. Hexacianoferrato de níquel. Eletrodeposição. Voltametria cíclica. Permalloy. Granada de ítrio e ferro. Sputtering.Item Um estudo sobre bicamadas retangulares de gelo de spin artificiais(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-21) Oliveira, Gabriel Alves de; Melo, Winder Alexander de Moura; http://lattes.cnpq.br/0857845906838285Nesse trabalho, estudamos os efeitos do desvio de uma geometria quadrada em uma bicamada retangular de gelo de spin artificial (BRASI). Especificamente, investigaremos como sistemas com parâmetro de rede diferentes se comportam e como eles se diferenciam do caso quadrado. Para isso, simulamos três configurações com proporção entre lados γ = a/b = √2, √3, e √4. Os resultados obtidos mostram que as interações possuem duas partes: uma polinomial, do tipo AhB (onde A e B são constantes) e uma exponencial do tipo CeDh (onde C e D são constantes). Tal comportamento sugere que, ao nos distanciarmos da geometria quadrada, os monopolos residuais presentes nos vértices dessa rede passam à contribuir cada vez mais fortemente na energia de interação do sistema. Mostramos também que, ao alcançarmos uma rede retangular com parâmetro de rede γ > √3, o potencial se torna quase insensível à variações desse parâmetro. Por fim, estudamos qual o efeito na energia de interação de incluirmos rotações entre as monocamadas do sistema. Encontramos que, para cada parâmetro de rede, é possível obtermos dois valores de mínimo de energia, mostrando então possíveis ângulos com forte estabilidade que podem ser explorados para aplicações magnetrônicas utilizando tais sistemas. Palavras-chave: Gelo de spin. Simulação magnética. Sistemas frustrados.Item Transições de fase no Modelo XY generalizado(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-31) Silva, Pedro Augusto da; Pereira, Afrânio Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/4641520125501675Ao longo deste trabalho, abordaremos as transições de fases no modelo XY generalizado em duas dimensões. Nos últimos anos, os modelos de Heisenberg generalizados bidimen- sionais têm sido amplamente estudados, resultando em conclusões adversas sobre suas transições de fases. Durante este trabalho, discutiremos alguns resultados obtidos nas úl- timas décadas, com foco especial no modelo de Domany, o primeiro modelo generalizado construído motivado pela transição de fase Berezinskii, Kosterlitz e Thouless e o modelo XY generalizado proposto por Romano e Zagrebnov, como uma generalização do Modelo XY. Nosso objetivo é mostrar, utilizando técnicas computacionais, tanto pelo método de Monte Carlo, quanto de forma analítica, utilizando medidas de Gibbs, que o modelo XY generalizado bidimensional suporta transições de fases de primeira ordem, sem violar o teorema de Mermin-Wagner. Apresentaremos duas abordagens para estimar o parâmetro crítico q, onde a transição de fase de primeira ordem surge, utilizando técnicas analíticas e computacionais. Além disso, mostraremos que o modelo apresenta três regiões distintas onde para diferentes valores do parâmetro q, o modelo suporta a transição de fase BKT para uma determinada temperatura, suporta uma transição de primeira ordem e uma BKT em temperaturas diferentes ou uma única transição de fase de primeira ordem. E por último apresentaremos o mecanismo por trás das transições de fases e estimaremos a temperatura crítica do sistema também de forma analítica e computacional. Palavras-chave: Modelos Generalizados. Transições de fase. Magnetismo. Vórtices.Item Estudo da origem da luminescência em pontos quânticos de carbono produzidos a partir de negro de carbono(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-21) Teixeira, Juliano Fernandes; Teixeira, Alvaro Vianna Novaes de Carvalho; http://lattes.cnpq.br/2434105873197561Este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar pontos quânticos de carbono. Para a produção utilizamos como rota o ataque quı́mico de um material precursor feito de carbono. Os pontos quânticos de carbono (Cdots) produzidos foram caracterizados por medidas de absorbância, fotoluminescência, fluorescência resolvida no tempo, microscopia de força atômica e eletroforese. O material precursor foi deixado em refluxo por mais de 10 dias, sendo coletado e caracterizado alı́quotas colhidas em 20, 30, 70, 100, 200 e 300 horas. Os resultados mostraram que os Cdots tem ampla absorção no ultravioleta com extensão até a faixa do visı́vel, tendo fluorescência principal em 505 nm. Foram observados 5 picos secundários de emissão menos intensos e bem definidos cujo centro em 372, 391, 408, 431 e 456 nm, que são evidenciados quando excitados por comprimentos de onda na faixa de 275 nm a 325 nm. Não foi observada mudanças significativas de emissão com o tempo de sı́ntese, mostrando que os Cdots produzidos dessa forma possuem um espectro caracterı́stico. O tempo de vida médio da intensidade e amplitude medidos dos Cdots estão na faixa de 1 ns até 7 ns a depender do pico de emissão analisado, mostrando uma leve diminuição com o tempo de sı́ntese. Medidas de AFM mostraram que os Cdots são aproximadamente esféricos com raio menor que 4 nm, possuindo distribuições de tamanhos ligeiramente diferentes para os diferentes tempos de sı́ntese, e mesmo assim, não alterou o seu espectro de emissão. Com a eletroforese, constatamos que um perfil de distribuição de tamanhos similar para os diferentes tempos de sı́ntese e que os Cdots possuem carga elétrica negativa. Com isso, mostramos que os Cdots preparados pela rota usada leva a pontos quânticos de baixı́ssimas variações de suas caracterı́sticas de emissão, variando apenas a quantidade de material produzido com o tempo de sı́ntese, sendo ideal para aplicações que necessitam de emissões precisas. Palavras-chave: Materiais fotoluminescentes. Emissão. Pontos Quânticos Orgânicos.Item Estudos ab initio de propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas das ligas half – Heusler Mn2Z (Z = Si, Sn, Ge e Pb)(Universidade Federal de Viçosa, 2023-06-22) Rodrigues, Rúbia Ester Caetano Rocha; Borges, Pablo Damasceno; http://lattes.cnpq.br/1175680367573005Este trabalho apresenta os resultados teóricos das propriedades estruturais, eletrônicas e mangéticas de ligas half-Heusler Mn2Z (Z = Si, Ge, Sn e Pb) cúbicas C1b (F4̅ 3m), para aplicação em dispositivos spintrônicos. Baseado na Teoria do Funcional da Densidade nas aproximações GGA-PBE e HSE06 para o termo de troca e correlação, quatro tipos diferentes de estruturas foram estudadas, considerando trocas de sítio entre os átomos constituintes de cada composto. Verificou-se que a estrutura mais estável está em acordo com as regras de Slater-Pauling (rSP) e Kübler (rK), onde o momento magnético total de cada célula cristalina é zero e os átomos de manganês apresentam configuração de alto spin (~4 μB) e estado de oxidação Mn4+. Além disso, todos as ligas na estrutura mais estável mostraram natureza Half-metallic fully compensated ferrimagnet (HF-FCF). Por outro lado, observou-se uma importante correlação entre a natureza magnética e o comportamento eletrônico dessas ligas, ou seja, quando nas configurações ferromagnética (FM), antiferromagnética (AFM) ou diamagnética (DM), todos os compostos apresentaram comportamento condutor. Ademais, confirmou-se que o funcional HSE06 é mais preciso na descrição dos níveis p e d dos átomos constituintes das ligas, quando comparado com o cálculo GGA-PBE padrão. Por fim, esse trabalho mostrou que os compostos estudados mostraram ser promissores para aplicação em dispositivos spintrônicos e sugere a realização de estudos experimentais a fim de confirmar as previsões teóricas apresentadas. Descritores: Ligas de Heusler. HM-FCF. Spintrônica. Regra de Slater–Pauling. Regra de Kübler. ab initio. DFT.Item Auto-organização celular em cultura: do acaso à mobilidade dirigida por gradientes induzidos por células(Universidade Federal de Viçosa, 2023-02-28) Molica, Kelly Aparecida; Martins, Marcelo Lobato; http://lattes.cnpq.br/6613003623620105A agregação celular envolve os processos de movimento, de desprendimento de par- tículas, de aderência e de colisões que são essenciais para a regeneração de tecidos, a morfogênese e a progressão do câncer. Neste sentido, nosso trabalho propõe um modelo baseado em agentes híbrido para a agregação celular observada em cultura de monocamada. Assim, consideramos o candidato mais simples para esse sistema o CCA (Cluster Cluster Aggregation) e incluímos as ações de morte, replicação e despren- dimento de partículas. Investigou-se os efeitos de cada ação no modelo CCA com foco no padrão das estruturas geradas na simulação e na evolução dos agregados ao longo do tempo. Os resultados mostram que no modelo original as formas dos agregados são ramificadas e as funções de distribuição de tamanho (quantidade de agregados de tamanho s no tempo t) exibem comportamento em lei de potência para alguns regimes. A adição de replicação no modelo original altera o padrão das estruturas dos agregados, elas tornam-se maiores rapidamente e possuem formas mais compac- tas. Por sua vez, a morte no modelo CCA altera o comportamento da lei de escala para um decaimento exponencial, o que indica presença de tamanho característico. O desprendimento de partículas também altera o padrão das estruturas e a função de distribuição ao longo do tempo. Além disso, consideramos todas as ações simultane- amente no modelo CCA e alteramos o movimento browniano dos agregados para um movimento guiado por sinais químicos (quimiotaxia) via equação de difusão. Neste caso, o padrão dos agregados é alterado e as funções de distribuição também modi- ficam seu comportamento. Além da perspectiva obtida via simulação, estudamos a dinâmica da agregação por meio da equação de taxa proposta por Smoluchowski com inserção dos termos de morte, desprendimento de partículas e replicação. Embora es- sas equações sejam resolvidas numericamente com pouco custo computacional não consideram informações espaciais relevantes para o contexto estudado. Palavras-chave: Formação de padrões. Matéria ativa viva. Fenômenos de agregação.