Mestrado em Física

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Aharonov-Bohm Effect in the Podolsky’s Generalized Electrodynamics
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-04-30) Peres, Bruna Muniz; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Bertin, Mario Cezar Ferreira Gomes; Gardim, Fernando Gonçalves
Maxwell’s electromagnetism rewrote the four experimental laws of classical electrodynamics by combining fields, sources, charges, and electricity. If we propose a Lagrangian analysis of Maxwell’s theory with higher-order derivatives, making it also free of gauges, we obtain the so-called Podolsky electrodynamics. As a higher-order electrodynamics, Podolsky’s electrodynamics is studied as a generalization of Maxwell’s theory, becoming a specific case of Podolsky when the free parameter is zero. From these theories, we will study the magnetic effect of Aharonov-Bohm, where electric charges are affected by the magnetic field through its potential vector in a solenoid. In classical theory, the magnetic field should not exist in the region where the charges pass; only the potential could cause such an alteration. The result is differences in electrons, particularly in their phases in quantum mechanics between wave functions, in a specific amount called the Aharonov-Bohm phase. In this thesis, the Aharonov-Bohm effect is studied for the Maxwell case and the Podolsky case, comparing the difference that a potential vector can make in these results and the phase effect even in areas without a magnetic field.
O eletromagnetismo de Maxwell reescreveu as quatro leis experimentais da eletrodinâmica clássica combinando campos, fontes, cargas e eletricidade. Se propusermos uma análise lagrangiana da teoria de Maxwell com derivadas de ordem mais alta, tornando-a também livre de calibres, obtemos a chamada eletrodinâmica de Podolsky. Como eletrodinâmica de ordem superior, a eletrodinâmica de Podolsky é estudada como uma generalização da teoria de Maxwell, tornando-se um caso específico de Podolsky quando o parâmetro livre é zero. A partir destas teorias, estudaremos o efeito magnético de Aharonov-Bohm, onde as cargas elétricas são afetadas pelo campo magnético pelo seu potencial vetor num solenoide. Na teoria clássica, o campo magnético não deveria existir na região onde as cargas passam, apenas o potencial poderia causar tal alteração. O resultado são diferenças nos elétrons, particularmente nas suas fases na mecânica quântica entre funções de onda, numa quantidade específica chamada fase Aharonov-Bohm. Nesta tese, o efeito Aharonov-Bohm é estudado para o caso Maxwell e o caso Podolsky, comparando a diferença que um potencial vetor pode fazer nestes resultados e o efeito de fase mesmo em áreas sem um campo magnético.
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Ajustes dos parâmetros cosmológicos de um modelo de unificação de matéria escura e energia escura
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-05-12) Morais, Eduardo Messias De; Cuzinatto, Rodrigo Rocha; Pimentel, Bruto Max; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral
Propomos um modelo fenomenológico unificado para matéria escura e energia escura, baseado em uma equação de estado com parâmetro w escrito em termos de arco-tangente. Os parâmetros livres do modelo são três constantes: Ωb0, α e β. O parâmetro α dita a taxa de transição entre o período de domínio da matéria e o período de expansão acelerada. A razão β/ α fornece o redshift de equivalência entre os dois regimes. Os parâmetros cosmológicos são fixados pelos dados observacionais de nucleossíntese primordial, supernovas do tipo Ia, explosões de raios gama, oscilações acústicas de bárions e medição do parâmetro de Hubble. Os vários conjuntos de dados são usados em diferentes combinações para ajustar os parâmetros cosmológicos via análise estatística. O Modelo Unificado é comparado ao modelo ΛCDM e suas diferenças são enfatizadas. A análise realizada em background parece indicar que o Modelo Unificado dinâmico é ligeiramente preferível em detrimento do modelo ΛCDM. No entanto, através do desenvolvimento da teoria de perturbação para o nosso Modelo Unificado, concluímos que ele é incapaz de produzir o power spectrum atual das flutuações de densidade. Esta é uma desvantagem possivelmente fatal do nosso modelo, pelo menos na parametrização de w utilizada.
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Análise das propriedades ópticas e elétricas em ligas de AgxAu1−x utilizando a teoria do funcional da densidade.
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-03-25) Carvalho, Hiago Maurilio Lopes; Bezerra, Anibal Thiago; Camps Rodriguez, Ihosvany; Chaves, Anderson Silva
O avanço da tecnologia demanda o desenvolvimento de novos dispostivos condutores que podem ser amplamente utilizados em aplicações biomédicas, sistemas fotovoltai- cos e biosensores. Ligas de ouro e prata se mostram interessantes para tais aplicações enquanto nanodispositivos, pois o comportamento optoeletrônico destas ligas possi- bilita ajustar a ressonância plasmônica da estrutura, fato que aumenta a busca por novas propriedades dos materiais compostos de ouro e prata. Com esse objetivo, neste trabalho, realizamos cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) para o estudo das propriedades estruturais e optoeletrônicas de ligas metálicas compostas por prata e ouro (AgxAu1−x), além das estruturas compostas puramente por prata (Ag1,0) e puramente por ouro (Au1,0). Para descrever a interação elétron-íon, utilizamos pseudopotenciais do tipo Norm Conserving não local (NC-PP) que suaviza o comportamento dos elétrons de caroço mais próximos do núcleo. Para estudar o comportamento das estruturas em função de suas estequiometrias na con- figuração tridimensional (bulk), calculamos a estrutura de bandas, a densidade de estados total e parcial ou projetada (DOS e PDOS), a função dielétrica, os índices de refração e extinção e a birrefringência. Para tanto, foi empregado o funcional de troca e correlação na aproximação do gradiente generalizado (GGA) com a parametrização de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE). Os resultados mostraram que há uma concentração de estados abaixo do nível de Fermi (entre −6 eV e −2 eV) ocasionados, predominan- temente, por contribuições do orbital d. Ao analisarmos as partes real e imaginária da função dielétrica, constatamos o aparecimento de anisotropia na resposta óptica da liga Ag0,50Au0,50, enquanto todas as outras composições possíveis para 4 átomos tiveram comportamento isotrópico. A anisotropia pode estar associada a um acúmulo de carga nos átomos de ouro da estrutura Ag0,50Au0,50, fazendo com que a contribuição da densidade parcial de estados relacionada aos orbitais dxz não seja simétrica aos orbitais dxy e dyz. Em comparação aos resultados da literatura, não encontramos tra- balhos que relatem a anisotropia na resposta óptica da liga Ag0,50Au0,50. A anisotropia observada pode ser a causa dos resultados experimentais contrastantes, para os quais a geometria de excitação pode ser diferente em cada experimento. Do ponto de vista teórico, a maioria dos trabalhos se baseia em interpolações das propriedades dos sistemas puros, para os quais a anisotropia não está presente. Deste modo, usando tais técnicas, não esperamos que a anisotropia possa ser observada. A existência dessa anisotropia abre novas perspectivas de aplicação desse tipo de estrutura, como, por exemplo, materiais plasmônicos birrefringentes.
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Aplicações de estatística multivariada em análise de dados experimentais
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-08-25) Zanardo, Bruno Felipe; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Melo, Iara Tosta E; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral
A estatística multivariada é um ramo da estatística responsável por estudar situações em que se tem múltiplas variáveis e seus métodos podem ser aplicados nas mais diversas áreas do conhecimento auxiliando na tomada de decisão, isso porque seus métodos possuem como principais benefícios a redução de dimensionalidade do modelo estudado, tornando-o menos complexo, além de serem utilizados na construção de ´índices, classificação, associação entre as variáveis e inferência estatística. Neste trabalho, métodos de estatística multivariada foram aplicados em três situações distintas. Nas duas primeiras foi aplicado o método de correlação canônica e na terceira o método de análise de componentes principais (PCA) com incertezas experimentais. Sendo a primeira aplicação referente a uma análise socioambiental onde foi analisado a existência de uma correlação entre o índice de desenvolvimento humano (IDH) e seus subíndices com relação ao consumo de água e geração de esgoto dos municípios brasileiros. Enquanto a segunda análise está relacionada à Física de altas energias envolvendo a colisão de íons pesados de chumbo Pb-Pb. A terceira situação é referente a aplicação de PCA para a redução de dimensionalidade de um modelo de caracterização do meio interestelar. Como resultado foi possível gerar um modelo capaz de correlacionar o IDH com o consumo de água e a geração de esgoto com uma correlação canônica de 62,4% capaz de representar todo o país e um segundo modelo direcionado apenas para o estado de São Paulo com uma correlação canônica de 83%. Para o segundo cenário, envolvendo a colisão de íons pesados uma correlação canônica de 99,9% foi obtida, ratificando a correlação existente entre a entropia e o número de partículas carregadas. Uma segunda correlação proveniente do segundo par de variáveis canônicas retornou uma correlação também elevada com 96%, porém, neste modelo o momento transversal ficou com o maior peso canônico, podendo ser calculado a partir das demais variáveis estudadas como centralidade, energia e entropia. Com relação a análise de componentes principais foi possível reduzir o número de variáveis utilizadas na explicação do modelo de forma significativa, passando de 23 variáveis originais para 8 componentes principais, além de identificar que ao considerar a incerteza experimental durante a análise obtemos maior segurança com relação ao número de variáveis utilizadas para explicar o modelo.
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Calibração de um detector de nêutrons no âmbito do experimento SBND
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-04-28) Campanelli, Wallison Luiz Anicézio; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Machado, Ana Amelia Bergamini; Gardim, Fernando Gonçalves
Este trabalho refere-se à descrição e calibração de um detector de cintilação cuja finalidade é caracterizar o background produzido por nêutrons, induzidos por um feixe de neutrinos, no experimento Short-Baseline Near Detector (SBND). O SBND é parte integrante do programa Short-Baseline Neutrino (SBN), localizado no Fermilab (EUA), tendo como principais objetivos servir de base de comparação para os outros dois detectores de SBN e, de forma independente, estudar a seção de choque neutrino-argônio com precisão sem precedentes. A acurácia na identificação de neutrinos depende fundamentalmente da identificação de interações espúrias, o chamado ruído de fundo, ou background. O próprio feixe de neutrinos induz um background quando estes interagem com a rocha e o concreto imediatamente antes do detector, inserindo nêutrons que podem ser equivocadamente identificados como se fossem o resultado de uma interação com o alvo (argônio líquido). Para auxiliar na caracterização deste fundo de nêutrons, um detector móvel foi construído e tomou medidas no interior do prédio onde o SBND está sendo instalado. A calibração deste detector é fundamental para a caracterização destes nêutrons, principalmente seu espectro de energias. A calibração deve ser feita com base em medidas previamente estabelecidas com três fontes emissoras de gamas, 22-Na, 137-Cs e 252-Cf, esta última também emitindo nêutrons. Estas fontes apresentam linhas espectrais conhecidas, que permitem a calibração. Para fins desta dissertação, apresenta-se a técnica de calibração via identificação do limiar-de-Compton (Compton edge), partindo dos dados brutos provenientes da aquisição eletrônica, culminando na carga média dos gamas do 137-Cs e 22-Na. Em relação ao 252-Cf foi aplicado uma discriminação de forma de pulso, com o intuito de separar nêutrons dos gamas. Por fim, todos os dados das fontes foram avaliados para verificar se podem ser utilizados na calibração, se sim, a calibração pode futuramente ser utilizada para caracterizar nêutrons de fundo proveniente das interações do feixe de neutrinos.
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Caracterização estrutural e magnética de semicondutores magnéticos diluídos nanoestruturados a base de ZnO dopado com Co
(Universidade Federal de Alfenas, 2015-04-27) Silva, Rafael Tomaz Da; Carvalho, Hugo Bonette De; Maia, Lauro June Queiroz; Vivas, Marcelo Gonçalves
O interesse em óxido de zinco (ZnO) dopado com metais de transição tem atraído a atenção de pesquisadores nos últimos anos. Esses sistemas potencialmente apresentam temperatura de Curie acima da temperatura ambiente, o que possibilitaria sua aplicação em dispositivos spintrônicos. Entretanto, apesar dos extensos estudos, a natureza de suas propriedades magnéticas ainda permanece uma questão controversa. Recentemente resultados teóricos e experimentais têm mostrado que o ordenamento magnético é função direta de defeitos pontuais, tais como vacâncias de oxigênio e zinco intersticial. Neste contexto, esta dissertação descreve a caracterização estrutural e magnética de óxidos magnéticos diluídos (OMDs) nanoestruturados a base de ZnO dopados com Co em diferentes concentrações molares preparados a partir do método hidrotermal assistido por micro-ondas. Foram analizadas cinco amostras com concentrações molares de 0,5, 1, 3, 5 e 7% de Co. A caracterização estrutural foi realizada através das técnicas de Difração de Raios-X e Espectroscopia de Espalhamento RAMAN. A morfologia dos grãos dos pós preparados foi caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução. Em associação ao RAMAN e à Difração de Raios-X no teste da incorporação do Co à matriz de ZnO, medidas de Absorção de Raios-X foram utilizadas para obter informações sobre o estado de oxidação e simetria do sítio do átomo absorvedor, neste caso o Co. Por fim, as propriedades magnéticas foram analisadas através de magnetometria SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Os resultados obtidos comprovaram a incorporação do Co na estrutura do ZnO sem a formação de fases secundárias de óxido de Co ou Co metálico. A caracterização magnética das amostras dopadas apresenta características que definem um comportamento paramagnético com grande interação de troca antiferromagnética entre os íons Co2+. Além disso, as amostras com baixa concentração de Co () revelaram a coexistência de uma fase majoritariamente paramagnética e uma fase minoritária ferromagnética. O comportamento magnético de nossas amostras é entendido sob o escopo dos modelos teóricos BMP (Bound Magnetic Polaron) e d0. O estudo dos parâmetros magnéticos com base em um modelo randômico de distribuição dos íons dopantes e uma interação de troca simples entre os íons de Co2+ revela uma distribuição não homogênea ao longo do volume dos grãos.
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Caracterização estrutural e magnética do ZnO do sistema ZnO:Mn
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-02-24) Lima, Naiara Arantes; Neves, Person Pereira; Mesquita, Alexandre; Camps Rodriguez, Ihosvany
Foram sintetizadas amostras de ZnO puro e ZnO dopadas com Mn (ZnO:Mn) na forma de pós com tamanho de partícula/grão controlado pelo método dos precursores poliméricos. Os parâmetros do método foram manipulados visando obter amostras com diferentes tamanhos de partículas (entre 60 nm a 800 nm). Tanto o ZnO quanto o ZnO dopado com metais de transição (MT), que é um Óxido Semicondutor Magnético Diluído (OSMD), possuem grande potencial em aplicações na spintrônica. A dependência das propriedades magnéticas com o tamanho de partícula é um aspecto relacionado com a compreensão do comportamento ferromagnético deste tipo de material e ele é investigado neste trabalho. As amostras dopadas com Mn foram produzidas nas concentrações de 0,5, 1% e 3% de Mn (% em mol). A identificação das fases cristalinas das amostras e uma estimativa preliminar do tamanho de grão foram realizadas por difração de raios X por pó (DRXP). Medidas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) complementaram o estudo da morfologia e tamanho das partículas. Estudo estrutural complementar por espalhamento Raman foi feito nas amostras. A análise de Fotoluminescência prevê informações a respeito da formação de defeitos estruturais e medidas de propriedades magnéticas foram feitas através da técnica de magnetometria SQUID.
We have prepared samples of ZnO pure and Mn-doped Zno (ZnO:Mn) in the form of powders with particle size/grain controlled by the polymeric precursor method. The method parameters were manipulated to obtain samples having different particle sizes (from 60 nm to 800 nm). Both ZnO pure as doped ZnO with transition metal (TM), which is a diluted magnetic oxides (DMOs) has great potential for applications in spintronics. The dependence of the magnetic properties with the particle size is an important aspect to understand the behavior of the ferromagnetic type of material and it is clarified in this work. The samples with Co were prepared with molar concentrations of 0,5, 1% and 3% of Mn (% in mol). The crystal structures of the samples were characterized using X-ray diffraction (XRD) and RAMAN scattering spectroscopy. The microstructure and composition distributions were characterized by scattering electron microscopy (SEM). The photoluminescence analysis clarifies the issues regarding the formation of structural defects and magnetic properties measurements were performed using a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer.
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Correlações entre propriedades do estado inicial e observáveis finais na colisão de íons pesados relativísticos
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-07-29) Assis, Yuri Schneider De; Gardim, Fernando Gonçalves; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Grassi, Frédérique Marie Brigitte Sylvie
Neste trabalho mostraremos que propriedades do estado inicial da matéria formada em colisões de íons pesados relativísticos, como densidade de energia, de entropia, e características geométricas de suas respectivas distribuições iniciais, apresentam relação com observáveis finais, como o momento transversal médio e o número de partículas carregadas, o fluxo anisotrópico, entre outros. Assim, utilizaremos a hidrodinâmica relativística do plasma de quarks e glúons (QGP), a qual define a evolução do equilíbrio térmico da matéria local, até a sua emissão de partículas. Por fim, são discutidas relações unívocas entre estes observáveis, de forma a compreender propriedades fundamentais da interação forte.
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Econofísica, análise de agrupamentos e seleções de carteira pelo modelo de Markowitz
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-04-23) Rodrigues, Bruna Mancilha Oliveira; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Passini, Marcos De Mendonça; Oliveira, Marcelo Martins De
Devido ao grande número de ativos disponíveis no mercado atualmente, a construção de um portfólio ótimo têm se tornado uma tarefa complexa. Com a evolução computacional, avanços e facilidades no que se refere à análise de dados em diversas áreas, é possível perceber a necessidade de técnicas exploratórias e interpretação adequada para obter informações, principalmente para tomada de decisões ótimas, de modo que possibilite um gerenciamento eficiente. Dentro deste cenário, foi proposta a análise e resolução do problema de seleção de carteiras utilizando t´técnicas de econofísica. Essa dissertação trata-se de um algoritmo para a seleção de carteiras e auxílio no processo de tomada de decisão. O estudo será realizado acerca da aplicação da análise de Agrupamento combinada com a Teoria Eficiente de Markowitz, para auxiliar na compreensão da alocação dos ativos, e em busca de propiciar uma estratégia sólida de investimento. Somado a isso, para encontrar os resultados, foi realizada a construção de um modelo matemático baseado em programação em Python. O presente estudo busca avaliar se o modelo pode ser mais uma ferramenta significativa para auxiliar na gestão de carteiras.
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Eletrodinâmica de Podolsky aplicada à cosmologia
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-05-16) Souza, Clícia Naldoni De; Cuzinatto, Rodrigo Rocha; Pompeia, Pedro José; Gardim, Fernando Gonçalves
O mesmo procedimento estabelecido em teoria dos campos clássicos que nos leva a deduzir as equações de Maxwell, também conduz à eletrodinâmica de Podolsky, desde que a Lagrangia envolva derivadas do tensor intensidade de campo. A partir das equações de campo para Podolsky, que apresenta uma constante de acoplamento a associada à massa do fóton, é possível deduzir a equação de estado para a radiação de Podolsky. Essa equação é do tipo P=w(a,T)ε, em que P é pressão do gás fotônico; ε, a sua densidade de energia e w é o parâmetro da equação barotrópica que depende da temperatura T, além da massa do fóton. Usando essa equação de estado na expressão de conservação do tensor energia-momento de fluido perfeito e na equação de Friedmann, é possível resolver a dinâmica cósmica para um universo preenchido pela radiação de Podolsky. Mostramos que a dinâmica é pouco afetada pela presença de fótons massivos, uma vez que 0,282
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Estudo da Incorporação de Mn à matriz de ZnO: Preparação e Caracterização Estrutural
(Universidade Federal de Alfenas, 2018-09-21) Vieira, Felipe Dos Santos; Carvalho, Hugo Bonette De; Godoy, Marcio Peron Franco De; Gunnewiek, Rodolfo Foster Klein
Nesta dissertação apresentamos os estudos relacionados à preparação e caracterização estrutural de amostras de ZnO dopadas com Mn (Zn1-xMnxO) nas concentrações atômicas de x = 0,06; 0,08; 0,10; 0,12; 0,14, 0,16, 0,18, 0,20 e 0,22. Especial atenção foi dada à questão da incorporação do Mn à estrutura. As amostras foram preparadas via sinterização convencional, reação em estado sólido. A caracterização estrutural dos materiais preparados se deu via difração de raios X e refinamento Rietveld, espectroscopia de espalhamento Raman, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por dispersão em energia, espectroscopia de absorção de raios X e espectroscopia de reflectância difusa. Os resultados obtidos confirmam a incorporação do Mn à estrutura wurtzita do ZnO até o limite de ~ 21 at.% (porcentagem atômica). As análises realizadas por espectroscopia de reflectância difusa confirmam a redução da energia de gap de 3,4 eV do ZnO puro para 2,15 eV do ZnO dopado com Mn. Nas condições alcançadas o material preparado apresenta potencial aplicação em sistemas de fotocatálise, termoeletricidade e spintrônicos.
In this dissertation we present the studies related to the preparation and the structural characterization of Mn-doped ZnO samples (Zn1-xMnxO) in the atomic concentration of x = 0.06; 0.08; 0.10; 0.12; 0.14, 0.16, 0.18, 0.20 e 0.22. Special attention is devoted to the substitutional incorporation of the Mn atoms into the wurtzite ZnO lattice. The samples were prepared via standard solid state reaction method and characterized by using the techniques: X-ray diffraction and Rietveld refinement, Raman scattering spectroscopy, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, X-ray absorption and diffuse reflectance spectroscopy. The obtained results confirm the incorporation of the Mn atoms up to the limit of ~ 21 at.%. The analyses performed via diffuse reflectance spectroscopy reveal a decrease of the energy band gap from 3.4 eV for the undoped ZnO to 2.15 eV for the Mn-doped ZnO samples. The overall results show that the prepared materials have potential applicability in the areas of photocatalysis, thermoelectricity (energy harvesting) and spintronics.
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Estudo da viabilidade do uso da computação quântica para análise de propriedades de sólidos periódicos
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-03-07) Pimenta, Raphael César De Souza; Bezerra, Anibal Thiago; Rossato, Daniel Zini; Cuzinatto, Rodrigo Rocha
A física de materiais tem sido desenvolvida ao longo das últimas décadas com grande ajuda de simulações digitais nos supercomputadores que temos disponíveis no século atual. Porém, é certo que há conhecidos limites de até onde podem chegar essas simulações e quais sistemas somos capazes de simular em um tempo de computação eficaz. A computação quântica surge com promessas de romper certas barreiras da computação clássica, aumentando a capacidade computacional disponível para as mais diversas tarefas e, possivelmente, uma delas será a física de materiais. Em nosso trabalho realizamos uma revisão bibliográfica do que é feito atualmente para simulação de materiais periódicos através da computação quântica, assim como também realizamos algumas simulações em computadores quânticos disponíveis para acesso público. Um grande ponto de nosso levantamento foi que, dentre todas as aplicações da computação quântica, a aplicação em física de sólidos periódicos ainda é modesta, sendo a aplicação em sistemas moleculares uma das maiores fontes de trabalhos e referências. Pudemos realizar com o que descobrimos, simulações para a estrutura de bandas de alguns átomos, como o silício e o grafeno em um simulador local. Também pudemos simular em uma máquina quântica in silico um modelo generalizado de Hamiltoniano para estudar o seu comportamento a medida que variávamos seus parâmetros. Para o grafeno, fomos capazes de calcular sua estrutura em um simulador quântico local e o resultado foi similar ao que era esperado pela literatura. Para o silício obtivemos uma diferença acentuada no seu estado de energia excitado, que acreditamos ser devido a simplicidade de nossa aproximação.
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Estudo sobre a cinética e os mecanismos de crescimento “Bottom-up” de nanopartículas de ouro via pulsos laser altamente focalizados
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-08-18) Pereira, Christiane Ferreira Joaquim; Vivas, Marcelo Gonçalves; Neves, Rafael Felipe Coelho; Giraldi, Tania Regina
A plasmônica é um campo da ciência que tem despertado grande interesse da comunidade científica devido a sua ampla gama de aplicações tecnológicas. Por exemplo, esta área envolve a síntese de nanopartículas (NPs) metálicas, o desenvolvimento de sensores ópticos, o uso de nanoestruturas metálicas para melhorar o desenvolvimento de técnicas experimentais como microscopia de alta resolução, dentre outros. Neste trabalho de mestrado, foi investigada a cinética e os mecanismos de crescimento de nanopartículas de ouro via laser pelo método bottom-up (de baixo para cima) que consistem na produção de nanoestruturas construídas átomo a átomo, ou molécula por molécula, ou mesmo através de aglomerados de átomos ou moléculas[ CITATION Raf22 \l 1046 ] .Embora já existam na literatura vários trabalhos reportando o uso de laser para a geração de nanopartículas metálicas, estes trabalhos são sempre conduzidos com laser de alta energia por pulso (mJ). Aqui foi proposta a síntese de NPs metálicas pelo método bottom-up usando pulsos laser de baixa energia (µJ), mas altamente focalizados. Além disso, os mecanismos para a geração de NPs metálicas via laser ainda não são completamente entendidos. Neste trabalho, foi investigado em tempo real a cinética de crescimento das NPs usando a técnica de excitação e prova. Neste caso, um laser pulsado de 532 nm com duração temporal de 1 ns e taxa de repetição do laser de 2 kHz foi empregado como laser de excitação enquanto o feixe de prova foi utilizado uma luz branca altamente estabilizada de (400-900 nm). Também foi avaliado o efeito da concentração de HAuCl4 sobre a cinética de crescimento das NPs de ouro. Os resultados mostram que as nanopartículas geradas são estáveis, não precisam de qualquer agente químico de redução ou surfactante para evitar aglomeração. Portanto, trata-se de um método ambientalmente amigável. Vale ressaltar que a síntese de nanopartículas metálicas ocorre por métodos químicos e biológicos, conhecidos por receber, em sua grande maioria, a abordagem “bottom-up”, além disso, a fase “purple” que gera grandes aglomerados de nanopartículas durante a síntese química não está presente neste método físico. Também foi utilizada a teoria de Gans para obter o tamanho e a forma das NPs. Os resultados indicam que as nanopartículas geradas possuem um formato de esferoide oblato com tamanhos do semieixo menor variando entre 3 nm e 10 nm, enquanto o semieixo maior de 5 nm à 17 nm. Finalmente, foi proposto um modelo para calcular a concentração de NPs de ouro durante o processo de síntese e foi avaliada a cinética de crescimento e nucleação usando um modelo de dois passos.
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Estudo teórico das propriedades eletrônicas e ópticas em nanofitas de SnO2
(Universidade Federal de Alfenas, 2014-04-14) Campos, Bruno De Oliveira; Camps Rodriguez, Ihosvany; Vera, José Alberto Casto Nogales; Neves, Person Pereira
Neste trabalho buscamos calcular as caracter´ısticas ´opticas e eletrˆonicas de nanofitas de di´oxido de estanho (SnO2) pura e com vacˆancia de oxigˆenio, e as modificac¸ ˜oes nas estruturas e propriedades, que ocorreram nas mesmas; utilizando como ferramenta os c´alculos de primeiros princ´ıpios, baseados no m´etodo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Utilizamos o c´odigo SIESTA nas nossas simulac¸ ˜oes, utilizando algumas aproximac¸ ˜oes necess´arias, que ser˜ao descritas posteriormente. Atrav´es do SIESTA calculamos as func¸ ˜oes diel´etricas, partes real e imagin´aria, e por meio destas calculamos algumas propriedades ´opticas como coeficiente de absorc¸ ˜ao, refletˆancia, condutividade ´optica e outras. O estudo das propriedades eletrˆonicas das estruturas foi atrav´es das estruturas eletrˆonica de bandas, da densidade de estado total (DOS), da densidade de estado parcial (PDOS), do c´alculo do momento magn´etico resultante, e do estudo do mapa de contorno da diferenc¸a de densidade eletrˆonica. Os resultados obtidos se comparados a estudos experimental, mostram-se satisfat´orios, onde alguns resultados concordaram muito bem com outros trabalhos encontrados na literatura.
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Horizontes e termodinâmica de buracos negros acoplados à eletrodinâmica não-linear de Euler-Heisenberg
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-03-11) Marques, Maria Helena Passos; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Sobreira, Flávia; Valdiviesso, Gustavo Amaral
Esta dissertação começa com um estudo bibliográfico sobre a invariância da teoria da eletrodinâmica de Maxwell pelas transformações de Lorentz. Em seguida ela discorre sobre as métricas de um buraco negro estático e primeiramente não carregado, como formulado por Schwarzschild. Na sequência é apresentada a solução para um buraco negro estático e carregado, como calculado por Reissner-Nordström. A atenção é então voltada para a descrição do buraco negro estático e carregado acoplado à teoria não-linear da eletrodinâmica de Euler-Heisenberg, e para a descrição deste objeto é usada a termodinâmica de buracos negros, assim como formulada por Jacob Bekenstein e Stephen Hawking. Por fim são calculados os raios dos horizontes deste buraco negro em relação à uma razão carga/massa do sistema e então são analisadas as inclinações dos cones de luz em torno da razão carga/massa que faz ambos os horizontes deste buraco negro, interno e externo, terem o mesmo valor de raio.
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Implementação de técnicas experimentais para a caracterização das respostas ópticas lineares e não lineares em nanomateriais semicondutores
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-02-17) Santos, Carlos Henrique Domingues Dos; Vivas, Marcelo Gonçalves; Boni, Leonardo De; Poirier, Gael Yves
Nanocristais (NCs) semicondutores são materiais de dimensão zero que têm chamado grande atenção nos últimos anos devido as suas propriedades ópticas lineares e não lineares excepcionais e sintonizáveis. Por exemplo, NCs baseados em cádmio possuem propriedades, como: alta eficiência quântica de fluorescência (> 0.8), alta seção de choque de absorção de um (A1F, 10-15 cm2) e dois fótons (A2F, 106 Goeppert-Mayer) e do estado excitado (10-15 cm2), e um band gap que cobre todo o espectro visível (efeito de confinamento quântico). Assim, os NCs semicondutores são excelentes candidatos para inúmeras aplicações como: painéis solares, dispositivos eletrônicos, mapeadores biológicos, a fim de citar algumas. Contudo, quantificar as propriedades ópticas lineares e não lineares de NCs não é uma tarefa fácil, como por exemplo, obter com precisão a concentração de NCs em uma solução. Como consequência, nas últimas duas décadas houve um grande conflito de dados reportados na literatura para a magnitude das respostas ópticas lineares e não lineares de nanocristais (para um mesmo NC). Deste modo, esta dissertação tem como objetivo a implementação de técnicas ópticas experimentais automatizadas para quantificar: (i) a concentração de NCs em solução (medida da seção de choque de A1F); (ii) a seção de choque do estado excitado, (iii) quantificar a seção de choque de absorção de dois fótons; (iv) estudar de forma sistemática, a supressão da fotoluminescência de NCs com tamanhos distintos devido a irradiação por laser pulsado de nanossegundos. Como uma prova de conceito, fizemos uso de NCs de CdTe devido o enorme volume de dados disponíveis na literatura para esse material. Desta maneira, inicialmente foi desenvolvido da técnica de saturação da PL que consiste em um aparato óptico simples e com resultados precisos para medir a seção de choque de A1F de NCs semicondutores de diferentes tamanhos. Os resultados mostram seções de choque de A1F são da ordem de 10-16 cm2 para NCs de CdTe com diâmetros entre 2,2 e 3,5 nm e as concentrações estão em torno de 1015 NCs/cm3. Em relação a supressão da fotoluminescência de NCs de CdTe quando expostos a pulsos de luz laser de alta irradiância, nossos resultados sugerem que o pulso de luz laser de 532 nm gera uma casca de CdS ao redor do núcleo de CdTe via dois mecanismos distintos que dependem do tamanho do nanocristal. Para as medidas não lineares, foi desenvolvida a técnica de varredura Z para quantificar a seção de choque do estado excitado dos NCs. Nossos resultados mostram que para a excitação em 532 nm, a seção de choque do estado excitado é cerca de 20% menor que a do estado fundamental, gerando o efeito de absorção saturada. Por fim, usando a técnica de fluorescência induzida por dois fótons obtivemos a magnitude da seção de choque de A2F em 1064 nm para NCs de CdTe com tamanho de 3,5 nm. Os resultados estão em boa concordância com resultados reportados na literatura usando pulsos laser de femtossegundos, sendo da ordem de 2000 GM.
Acesso aberto (Open Access)
Incorporação de Mn no óxido semicondutor magnético diluído ZnO via síntese química: método pechini.
(Universidade Federal de Alfenas, 2018-08-27) Rodrigues, Gilson José; Neves, Person Pereira; Bezerra, Aníbal Thiago; Antonelli, Eduardo
O ZnO na fase wurtzita dopado com metal de transição (MT), como um semicondutor magnético diluído, tem grande potencial em aplicações na spintrônica. Há evidências, de vários estudos, de que as propriedades magnéticas do sistema Zn1-xMTxO estão intimamente relacionadas com a presença do dopante na rede, defeitos estruturais e presença de vacância (oxigênio ou zinco). Geralmente, os defeitos estruturais e a presença de vacância são atribuídos à substituição do átomo de Zn pelo MT e ao processo de preparação da amostra. No entanto, o ferromagnetismo à temperatura ambiente nessas amostras ainda é controverso. Ainda há muita pesquisa sobre o assunto. Estudar as propriedades magnéticas desses sistemas requer amostras com caracterização estrutural detalhada. Em resumo, o controle da composição, morfologia, qualidade cristalina e tamanho de partícula é muito importante para obter as amostras. O método Pechini é uma rota química de síntese amplamente utilizada para a preparação de óxidos. O método é conhecido por vantagens tais como mistura dos reagentes ao nível molecular, homogeneidade na distribuição iónica, amostras obtidas a baixa temperatura, baixo custo, controle do tamanho das partículas e outras características técnicas. Neste contexto utilizamos esta rota química para obter amostras do sistema Zn1-xMTxO (com a concentração variando de 1 a 8 % de Mn). As amostras foram obtidas após tratamento térmico em atmosfera de argônio e ar a temperaturas entre 500 e 1200°C. Os resultados das medidas de difração de raios X (DRX), espalhamento Raman e absorção de raios X (XANES / EXAFS) indicaram amostras, em forma de pó, livres de fases secundárias em concentrações de até 6% de Mn. Medições por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizadas para analisar o tamanho das partículas e a morfologia dos pós. As porcentagens dos constituintes atômicos do material (composição química das amostras) foram determinadas por medidas de espectroscopia de energia dispersiva por raios X (EDS).
Acesso aberto (Open Access)
Inferência bayesiana na determinação do ângulo de mistura θ13, no experimento Double Chooz
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-04-14) Fernandes, Marllos Eustáquio Fonseca; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Gardim, Fernando Gonçalves; Holanda, Pedro Cunha De
O Experimento Double Chooz, como outros experimentos, utilizam detectores baseados na identificação de reações beta inversas. O nêutron e o pósitron gerados por tais reações geram radiação que são capturadas por fotomultiplicadoras o que permite recompor a energia do neutrino que desencadeou todo o processo. Desse modo é possível obter o espectro de energia dos neutrinos provenientes do reator. O mesmo espectro pode ser previsto com base em modelos de reações termonucleares que ocorrem no reator. A comparação desses dois espectros permite identificar a existência das oscilações de sabores dos neutrinos, além de podermos quantificar o principal parâmetro dessa oscilação, que é o ângulo de mistura θ13. Entretanto, existem processos físicos, como radioatividade natural presente no meio circuncidante, que geram sinais que não podem ser distinguidos dos sinais gerados por neutrinos. Esses processos físicos produzem backgrounds que precisam ser descontados na identificação dos neutrinos. Em nosso trabalho, é utilizada a análise bayesiana para inferir o ângulo de mistura θ13, levando-se em conta todos esses backgrounds. A característica diferenciada da análise bayesiana é a possibilidade de utilizar distribuições de probabilidades definidas com base na percepção subjetiva do pesquisador e nos dados previamente estabelecidos a respeito do objeto de estudo.
Acesso aberto (Open Access)
Interação de nanotubos de carbono com hidroxiapatita
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-03-31) Knupp, Wanderson Geraldo; Camps Rodriguez, Ihosvany; Bezerra, Anibal Thiago; Campos, Maria Gabriela Nogueira
Umas das características a serem alcançadas pelos biomateriais é possuir semelhança com o material hospedeiro. Em casos de substituição óssea, na qual os ossos apresentam alta resistência mecânica e uma ordem de partícula nanométrica é importante que o material a ser usado apresente estas características. Assim, a interação entre estes materiais é favorecida diminuindo o tempo de recuperação do paciente como as possíveis complicações clínicas. A hidroxiapatita carbonatada (HAC) [Ca10-x(PO4)6-x (CO3)x (OH)2-x] apresenta tanto em composição quanto em ordem de grandeza semelhanças consideráveis em relação ao osso humano, porém a mesma mostra-se com baixa resistência mecânica, o que em muitas vezes dificulta sua aplicação em áreas que apresentam esforço mecânico elevado. Já os nanotubos de carbono apresentam baixa densidade e forte ligação covalente entre seus átomos, o que confere alta resistência mecânica ao material. Por tal motivo foram estudadas por meio de simulação computacional a influência dos nanotubos de carbono (CNT), de parede única, pristine e funcionalizados com agrupamentos orgânicos hidroxila (CNT-OH) e carboxila (CNT-COOH) com concentrações de funcionalização de (5, 10, 15, 20 e 25)%, na estrutura da hidroxiapatita. Realizamos testes experimentais sintetizando a HAC com ~1% de CNTs pristine e funcionalizado com -COOH. Os estudos computacionais foram feitos utilizando-se de dinâmica de rede onde resolve-se as equações de movimento para todo o sistema, posteriormente também foi realizada a otimização dos sistemas. Na parte experimental as sínteses foram feitas pelo método de precipitação aquosa de [(NH4 )2+(NH4 )2 CO3 ] +Ca(NO3 )2 acrescentando-se ~1% CNTs em relação a massa HAC obtida. As amostras foram caracterizadas por difração de raio x (DRX), Análise Termogravimétrica (TG/DTA), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e analise elementar. Como esperado, a dinâmica de rede mostrou que os CNTs pristine apresentam uma menor interação com a hidroxiapatita devido a sua alta estabilidade química. Já os CNTs funcionalizados com -OH e -COOH interagiram melhor com a matriz da hidroxiapatita. O módulo de Bulk mostrou que as funcionalizações com 20 % de -OH e -COOH forneceram maior rigidez ao material. Os resultados de DRXs indicam amostras com pouca cristalinidade, com T.C de ~25 Å. Os resultados de DRX, TG/DTA e IV mostraram que os CNTs pristine aparentemente não afetaram a estrutura da HAC. Porém, por DRX foi observado que os CNT-COOH podem ter interagido com a HAC, devido ao deslocamento do pico do padrão de difração. Os espectros de infravermelho sugerem a presença do íons CO3-2 nos sítios A e B da hidroxiapatita, e às medidas de análises elementar mostram que foi introduzido ~6 % de carbonato na estrutura das amostras como pretendido.
Acesso aberto (Open Access)
Interpretando o espectro de absorção de dois fótons em nanocristais semicondutores de CuInS2
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-12-19) Reis, George Brian Dos; Vivas, Marcelo Gonçalves; Campos, Maria Gabriela Nogueira; Boni, Leonardo De
Nanocristais (NC) semicondutores (ou também conhecido como Quantum Dots) são descritos como nanomateriais que apresentam propriedades desejáveis do ponto de vista tecnológico uma vez que exibem forte efeito de confinamento quântico que gera efeitos ópticos dependentes do tamanho do nanocristal. Propriedades como absorção e fluorescência induzidas por um ou vários fótons são observados nestes materiais. Devido a essas características únicas, os nanocristais semicondutores geram grande interesse na comunidade cientifica e hoje são estudados devido a suas diversas aplicações, tais como células solares e/ou fotovoltaicas, monitores e dispositivos eletrônicos, biomarcadores, dispositivos fotônicos, entre outros. Assim, este trabalho tem como objetivo estudar as propriedades ópticas não-lineares do nanocristal semicondutor de CuInS2 com foco na absorção de dois fótons utilizando a técnica Varredura-Z de femtossegundo e o modelo teórico de massa efetiva de quatro bandas parabólicas. O tamanho dos nanocristais foi estimado em com um regime de confinamento entre intermediário a forte. No espectro de A1F, foi obtido uma banda de absorção em 428 nm e emissão em 532 que foram comparados com a literatura para NCs de CuInS2, sendo constatado uma grande divergência de resultados. Para elucidar esta observação foi realizado medidas de EDX e verificou-se que esta diferença nas propriedades ópticas estavam relacionadas a estequiometria da amostra sintetizada neste trabalho (). Com relação ao espectro de A2F, foram encontradas duas bandas de absorção permitidas por dois fótons entre 550 nm e 800 nm, além de uma região de engrandecimento ressonante próximo da região de A1F. A seção de choque de A2F obtida para este material foi de (6,8±1.0) x 102 GM e (4,5±0.7) x 102 GM para as bandas de 715 nm e outra em 620 nm, respectivamente. Estes resultados foram corroborados pelo modelo de massa efetiva de quatro bandas parabólicas. Para tanto, no modelo teórico de A1F e A2F foi introduzido uma correção fenomenológica devido a diferente estequiometria obtida para a amostra de CuInS2 investigada neste trabalho. Neste trabalho também foi realizada um comparativo com outros trabalhos sobre A2F em CuInS2 com a intenção de entender como as propriedades estruturais interferem na resposta óptica não-linear.

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