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Dissertações/Teses

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2023

	Dissertações
1	GABRIEL SOUZA BRILHANTE DE ARAUJO Deslocamento Goos-Hänchen Associado à Excitação de Onda Guiada em uma Placa de Silício Orientador : THOMAS DUMELOW MEMBROS DA BANCA : FRANCISCO FRANCINÉ MAIA JÚNIOR JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA THOMAS DUMELOW Data: 03/03/2023 Mostrar Resumo Quando um feixe de radiação eletromagnética incide sobre uma superfície, o feixe refletido pode sofrer um deslocamento lateral. Este efeito não é previsto pela óptica geométrica e é conhecido como efeito Goos-Hänchen, que, no caso do presente trabalho, é devido à excitação de onda guiada, na qual esse deslocamento será dependente da frequência da radiação incidente. A configuração estudada consiste em um prisma de Si, com ângulo de incidência com valor acima do ângulo crítico para reflexão interna total, uma camada de ar e uma placa de Si com espessura definida. Simulações computacionais foram realizadas com esta geometria e resultados interessantes, foram obtidos. A primeira é que, para a faixa de frequência utilizada (255-295 GHz), a partir de cálculos assumindo um feixe largo, observamos que o deslocamento do feixe apresenta valores diferentes, apresentando máximos e mínimos para determinadas frequências estabelecidas correspondentes a excitações de ondas guiadas. Além deste resultado, consideramos, para um feixe gaussiano de largura finita, as intensidades do feixe incidente e refletido apresentam um deslocamento. Examinamos que, quando modificamos parâmetros como a largura da espessura da camada de ar entre o prisma e a placa de Si, os deslocamentos são maiores para feixes mais largos e distância prisma-placa maior. Mostrar Abstract When a beam of electromagnetic radiation is incident on a surface, the reflected beam may undergo a lateral displacement. This effect is not predicted by geometric optics and is known as the Goos-Hänchen effect, which, in the case of the present work, is due to guided wave excitation, in which the displacement will be dependent on the frequency of the incident radiation. The configuration studied consists of a Si prism, with the angle of incidence within the prism greater than the critical angle for total internal reflection, an air layer and a Si slab with defined thickness. Computer simulations were performed with this geometry and interesting results were obtained. The first one is that, for the frequency band used (255-295 GHz), from calculations assuming a wide beam, we observed that the beam displacement presents different values, presenting maximum and minimum for certain established frequencies coresponding to guided wave excitations. Apart from this result we consider how, for a Gaussian beam of finite width, the intensities of the incident and reflected beam present a displacement. We examine how, when we modify parameters such as the beam width and the thickness of the air layer between the prism and the Si plate, the displacements are greater for wider beams and a larger prism-slab distance.
2	WILLYAM THOMPSON SOARES DE FREITAS Efeitos Magneto-Ópticos no InSb nas frequências THz Orientador : THOMAS DUMELOW MEMBROS DA BANCA : SUBENIA KARINE DE MEDEIROS JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA THOMAS DUMELOW Data: 13/03/2023 Mostrar Resumo Investigamos os efeitos magneto-ópticos em refl exão para radiação em incidência oblíqua no InSb na faixa das frequências THz, por meio de simulações numéricas. Os efeitos de interesse ocorrem na região de reststrahl, estando esses efeitos ligados aos polaritons de superfície e as ressonâncias superfi ciais que aparecem como extensão dos polaritons de superfície na região onde \|k x \| < k 0 . Nossas simulações de refl exão para o InSb conside- raram temperatura ambiente e uma amostra não dopada. Demonstramos alguns efeitos interessantes para um campo magnético externo pequeno em relação aos presentes na literatura. Os resultados mais valiosos foram obtidos para o campo magnético externo de +0.05 T. Em termos do efeito Goos-Hänchen, obtivemos um nítido deslocamento na região superior de reststrahl. Já na refl etividade, tivemos mínimos nos seus valores tam- bém na região superior de reststrahl que seguem a linha das ressonâncias superfi ciais. Demonstramos também os efeitos não recíprocos devido o campo magnético externo, além da antissimetria e não simetria de alguns parâmetros. Mostrar Abstract We investigate the magneto-optical eff ects in refl ection for radiation in oblique incidence in InSb in the THz frequency range, through numerical simulations. The eff ects of interest occur in the reststrahl region, these eff ects being linked to the surface polaritons and the surface resonances that appear as an extension of the surface polaritons in the region where \|k x \| < k 0 . Our refl ection simulations for InSb considered room temperature and an undoped sample. We demonstrate some interesting eff ects for an external magnetic fi eld small in relation to those present in the literature. The most valuable results were obtained for the external magnetic fi eld of +0.05 T. In terms of the Goos-Hänchen eff ect, we obtained a clear shift in the upper reststrahl region. As for refl ectivity, we also had minima in its values in the upper reststrahl region that follow the line of surface resonances. We also demonstrate the non-reciprocal eff ects due to the external magnetic fi eld, in addition to the antisymmetry and non-symmetry of some parameters.
3	ADRIEL DE OLIVEIRA AQUINO Modelo 𝜙CDM para Eenergia Escura Fantasma a partir de Logaritmo 1 − α Generalizado Orientador : FÁBIO CABRAL CARVALHO MEMBROS DA BANCA : HIDALYN THEODORY CLEMENTE MATTOS DE SOUZA FÁBIO CABRAL CARVALHO MARIA ALDINÊZ DANTAS Data: 15/05/2023 Mostrar Resumo A partir do século XX, com o início da cosmologia moderna, ocorreram extensos estudos sobre a hipótese da energia escura, uma forma de energia presente no espa ̧co que acelera a expansão do universo. Dentre as muitas teorias que explicam este conceito, optamos por trabalhar modelos de Quintessência, onde a energia escura é descrita em termos de um campo escalar dinâmico, o modelo 𝜙CDM . Mais especificamente, trabalharemos com um tipo de energia chamada phantom, que é caracterizada pela equação de estado ω < −1. Para isso, utilizaremos o modelo 𝜙CDM, alternativo ao modelo padrão ΛCDM, explorando seu campo escalar e seu tensor energia-momento. Buscamos, portanto, testar o campo phantom estatísticamente pelo método do χ2 e verificar sua precisão frente aos dados observacionais. Mostrar Abstract From the 20th century, with the beginning of modern cosmology, there were extensive studies on the hypothesis of dark energy, a form of energy present in space that accele- rates the expansion of our universe. Among the many theories that explain this concept, we chose to work with Quintessence, a theory in which dark energy is described in terms of a scalar field 𝜙CDM . More specifically, we will work with a type of energy called phantom, which is characterized by the state parameter ω < −1. For this, we will use the 𝜙CDM model, an alternative to the standard model ΛCDM, exploring its scalar field and its energy-momentum tensor. Therefore, we sought to test the phantom field statistically using the χ2 method and verify its accuracy against observational data.
	Teses
1	FRANCISCO GOMES DE QUEIROZ Efeito de Campo e Temperatura nas Fases Magnéticas de Volume e Filmes das Terras Raras Disprósio e Hólmio. Orientador : VAMBERTO DIAS DE MELLO MEMBROS DA BANCA : MANOEL SILVA DE VASCONCELOS DORY HÉLIO AIRES DE LIMA ANSELMO FRANCISCO CESAR DE MEDEIROS FILHO MARIA DAS GRAÇAS DIAS DA SILVA VAMBERTO DIAS DE MELLO Data: 01/03/2023 Mostrar Resumo Os materiais terras raras em sua forma volumétrica sem a presença de campo externo, apenas por efeitos térmicos, apresentam uma rica diversidade de configurações magnéticas para determinadas faixas de temperaturas, específicas de cada elemento. A construção de sistemas artificiais, como filmes finos e multicamadas, nos quais os elementos terras raras fazem parte de pelo menos um dos constituintes, tem promovido a descoberta de novos padrões magnéticos. Neste trabalho apresentamos duas investigações, uma em colaboração com o grupo experimental do laboratório de magnetismo do Departamento de Física da Universidade M.V.Lomonosov Estadual de Moscow no qual modelamos os resultados experimentais de amostras ultrapuras da terra rara Disprósio e a investigação dos ciclos de histerese térmica em filmes finos de Hólmio de várias dimensões, objetivando encontrar diferentes fases magnéticas nestes ciclos. O método teórico utilizado, para obter as fases de equilíbrio, consiste de um sistema, onde as contribuições das energias de troca, energia de anisotropia e a energia Zeeman, são calculadas em um conjunto de spins magnéticos inequivalentes, e as fases magnéticas, desde a temperatura de Curie até a temperatura de Néel, são determinadas de forma auto-consistente, garantindo torque nulo nos spins magnéticos. Nossa modelagem reproduziu as medidas experimentais de magnetização e fases magnéticas obtidas para o volume do Disprósio. No estudo para os filmes finos de Hólmio com dimensões de 7, 10, 12, 15, 18, 21 e 24 planos atômicos verifica-se uma largura da histerese térmica, variando de um valor próximo de 18 K a aproximadamente 100 K, dependendo da intensidade do campo magnético externo aplicado e da espessura do filme. Para filmes finos de Hólmio com dimensões inferiores a 7 planos atômicos a histerese térmica não é observada. Mostrar Abstract Rare earth materials in their volumetric form without the presence of external field, only by thermal effects, present a rich diversity of magnetic configurations for certain temperature ranges, specific to each element. The construction of artificial systems, such magnetic thin films and multilayer, in which rare earth elements are part of at least one of the constituents, has promoted the discovery of new magnetic patterns. In this work we present two investigations, one in collaboration with the experimental group of the magnetism laboratory of the Department of Physics of the Moscow State University M.V.Lomonosov in which we modeled the experimental results of ultrapure samples of the rare earth Dysprosium and the investigation of the thermal hysteresis cycles in holmium thin films of various dimensions, aiming to find different magnetic phases in these cycles. The theoretical method used to obtain the equilibrium phases consists of a system, where the contributions of the exchange energies, anisotropy energy and zeeman energy are calculated in a set of nonequivalent magnetic spins, and the magnetic phases, from the temperature of Curie to the temperature of Nèel, are determined by self-consistent manner, resulting in a vanishing torque in the magnetic spins. Our modeling reproduced the experimental measures of magnetization and magnetic phases obtained for the bulk Dysprosium. In the study for holmium thin films with dimensions of 7, 10, 12, 15, 18, 21 and 24 atomic planes, a width of thermal hysteresis is verified, varying from a value close to 18 K to approximately 100 K, depending on the intensity of the applied external magnetic field and the thickness of the film. For holmium thin films with dimensions less than 7 atomic planes thermal hysteresis is not observed.

2022

	Dissertações
1	AGRIPINO SEGUNDO DE SOUSA NETO Aprendizado supervisionado aplicado às idades de galáxias Orientador : MARIA ALDINÊZ DANTAS MEMBROS DA BANCA : JAILSON SOUZA DE ALCANIZ CARLOS ANDRÉ PAES BENGALY JÚNIOR MARIA ALDINÊZ DANTAS Data: 11/02/2022 Mostrar Resumo Este trabalho propõe-se a realizar reconstruções de idades de galáxias via aprendizado supervisionado por meio das técnicas CART, MLPR, SVR. Para este fim, utilizamos idades de galáxias simuladas com amostras de 100, 1000, 2000, 3334, 6680 pontos, por meio do Método de Monte Carlo e adotamos uma distribuição Gaussiana centrada em um modelo fiducial CDM plano. Encontramos que a técnica SVR apresentou o melhor desempenho durante o processo, seguido das técnicas MLPR e CART. Empregando os resultados obtidos, restringimos os parâmetros cosmológicos m e !, destacamos que para amostras prevista de 600 pontos, todos os resultados são consistentes com as observações atuais. Em posse dos melhores ajustes desses parâmetros foram calculados o parâmetro de desaceleração, q0 e a idade atual do Universo, t0, para cada amostra e técnica, sendo os melhores valores de q0 = −0, 561 ± 0,101 0,126 e t0 = 13, 7 ± 0,185 0,187. Mostrar Abstract This work proposes to perform reconstructions of ages of galaxies via supervised learning through CART, MLPR and SVR methods. For this purpose, we used ages of simulated galaxies with samples of 100, 1000, 2000, 3334, 6680 points, through the Monte Carlo Method and adopted a Gaussian distribution centered on a spatially flat CDM as a fiducial model. We found that the SVR method presented the best performance during the process, followed by MLPR and CART methods. Using the results obtained, we constrained the cosmological parameters m and !, we highlight that for predicted samples of 600 points, all results are consistent with current observations. In possession of the best-fits of these parameters,the deceleration parameter, q0, and the current age of the universe, t0, were calculated, for each sample and method. The best values being q0 = −0.561 ± 0.101 0.126 and t0 = 13.7 ± 0.185 0.187.
2	VITÓRIA CHRIS SOUZA SILVA Caracterização estrutural, magnética e óptica da Silenita Bi₂₅FeO₄₀dopada com Mn obtida via reação de estado sólido usando minerais. Orientador : JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA MEMBROS DA BANCA : ISAAC BARROS TAVARES DA SILVA JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA JOÃO MARIA SOARES Data: 14/07/2022 Mostrar Resumo Amostras com estrutura silenita do tipo Bi25F eO40 dopadas com manganês (Mn) foram produzidas via reação de estado sólido, à uma temperatura de 700◦C, utilizando como precursores minérios de bismuto, ferro e manganês extraídos de jazidas localizadas no estado do Rio Grande do Norte. Os difratogramas de raios X obtidos para as espécimes confirmam a presença da fase Bi25F eO40 e da fase espúria BiClO2P b, em que a primeira possui uma porcentagem em peso maior que 90%. Curvas de histerese à temperatura ambiente indicam um aumento do campo coercitivo e diminuição da magnetização remanente com o aumento da concentração dos íons dopantes na estrutura cristalina, o que pode resultar de uma possível contribuição de fases magnéticas distintas. Os valores do fator g obtidos nos espectros de Ressonância Paramagnética Eletrônica apontam para sinais de ressonância oriundos de centros paramagnéticos de íons Fe3+. As energias deband gap foram calculadas para cada amostra através dos valores de absorbância obtidos por Espectrometria de UV/Visível e os resultados variaram entre 2,24 e 2,27 eV, o que indica que os compostos possuem potencial para aplicações em atividades fotocatalíticas. Análises de potencial zeta foram feitas para as amostras Bi25F eO40, submetida a tratamento térmico a uma temperatura de 600^oC, e Bi₂₅Fe_(1−x)Mn_xO₄₀ (BMO), comx=1, calcinada a 700^◦C, com o objetivo de estimar a carga superficial das partículas e posteriormente aplicá-las em processo de adsorção de fármaco. Para um pH de 6,8, as amostras exibiram uma carga líquida negativa. Na adsorção, a amostra BMO apresentou uma melhor eficácia na remoção do fármaco da solução. Mostrar Abstract Samples with silenite structure of the type Bi25F eO40 doped with manganese (Mn) were produced via solid state reaction, at a temperature of 700◦C, using bismuth ores as precursors, iron and manganese extracted from deposits located in the state of Rio Grande do Norte. The X-ray diffractograms obtained for the specimens confirm the presence of the Bi₂₅FeO₄₀ phase and the BiClO₂Pb spurious phase, in which the former has a weight percentage greater than 90% . Hysteresis curves at room temperature indicate an increase in the coercive field and a decrease in the remanent magnetization with the increase in the concentration of dopant ions in the crystal structure, which may result from a possible contribution of distinct magnetic phases. The values of g factor obtained in the Electronic Paramagnetic Resonance spectra point to resonance signals coming from paramagnetic centers of Fe3+ ions. The band gap energies were calculated for each sample through the absorbance values obtained by UV/Visible Spectrometry and the results varied between 2.24 and 2.27 eV, which indicates that the compounds have potential for applications in photocatalytic activities. Zeta potential analyzes were performed for samples Bi₂₅FeO₄₀, subjected to heat treatment at a temperature of 600^oC, and Bi₂₅Fe_(1−x)Mn_xO₄₀ (BMO), with x = 1, calcined at 700◦C, in order to estimate the surface charge of the particles and later apply them in the process of drug adsorption. For a pH of 6.8, the samples exhibited a net negative charge. In the adsorption, the BMO sample showed a better efficiency in removing the drug from the solution. Keywords: Minerals, Doping, Silenite (Bi25F eO40).
3	JOSÉ DIEGO SILVA GOMES Sintese, Propriedades Estruturais, Ópticas e Magnéticas da Silenita de Ferro (Bi₂₅FeO₄₀) pura e dopada com cobalto Orientador : JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA MEMBROS DA BANCA : FRANCISCO HOLANDA SOARES JÚNIOR JOSÉ ALZAMIR PEREIRA DA COSTA RODOLFO BEZERRA DA SILVA Data: 31/08/2022 Mostrar Resumo Neste trabalho, amostras de Silenita de Ferro (Bi25FeO40) pura e dopada com cobalto (Co) foram sintetizadas por meio de duas rotas químicas: co-precipitação e reação por coordenação iônica (RCI), e termicamente tratadas à uma temperatura de 700 °C por 2 h. As propriedades estruturais, ópiticas e magnéticas das amostras foram caracterizadas por Difratômetro de raios X (DRX), espectroscopia de absorção UV-visível (UV-vis) e magnetômetro de amostra vibrante (VSM). Os difractogramas (DRX) obtidos para as espécimes confirmam a presença da fase Bi25FeO40 com um grau de pureza satisfatório, obtidos pelo refinamento Rietveld através do software MAUD, nos revelando uma estrutura cristalina Cúbica de Corpo Centrado (CCC) com um grupo espacial I23, um parâmetro de rede de 10,11 ~ 10,21 Å e os tamanhos de partículas na faixa de 70 ~ 182 nm. A caracterização magnética (VSM) mostrou um fraco comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, onde curvas de histerese indicam um aumento do campo coercitivo (HC), magnetização de saturação (MS) e remanência (MR) para as amostras dopadas, à medida em que aumenta a concentração de íons do dopante. Porém, quando comparadas as amostras puras revelaram uma diminuição para os parâmetros MS e MR, com exceção da amostra dopada com 50% via co-precipitação que nos revel ou um aumento em sua MS. A caracterização óptica mostrou uma variação do gap óptico na faixa de 1,66 ~ 2,43 eV do Bi25FeO40, através dos valores de absorbância obtidos por Espectrometria de UV/Visível, revelando uma diminuição nas energias de band gap com o grau de concentração do dopante utilizado, indicando uma estrutura com grande eficiência na absorção de luz visível e potencial para aplicações em atividades fotocatalíticas. Palavras-chave: Silenita de Ferro, Propriedades, Magnéticas, Dopagem. Mostrar Abstract In this work, samples of Iron Silenite (Bi25FeO40) pure and doped with cobalt (Co) were synthesized through two chemical routes: co-precipitation and reaction by ionic coordination (ICR), and thermally treated at a temperature of 700 °C for 2 h. The structural, optical and magnetic properties of the samples were characterized by X-ray diffractometer (XRD), UV-visible absorption spectroscopy (UV-vis) and vibrating sample magnetometer (VSM). The diffractograms (XRD) obtained for the specimens confirm the presence of the Bi25FeO40 phase with a satisfactory degree of purity, obtained by Rietveld refinement using the MAUD software, revealing a Body Centered Cubic (BCC) crystal structure with an I23 space group, a lattice parameter of 10.11 ~ 10.21 Å and particle sizes in the range of 70 ~ 182 nm. Magnetic characterization (VSM) showed a weak ferromagnetic behavior at room temperature, where hysteresis curves indicate an increase in the coercive field (HC), saturation magnetization (MS) and remanence (MR) for the doped samples, as it increases the ion concentration of the dopant. However, when compared the pure samples revealed a decrease for the parameters MS and MR, with the exception of the sample doped with 50% via co-precipitation that reveals an increase in its MS. The optical characterization showed a variation of the optical gap in the range of 1.66 ~ 2.43 eV of Bi25FeO40, through the absorbance values obtained by UV/Visible Spectrometry, revealing a decrease in band gap energies with the degree of concentration of the used, indicating a structure with great efficiency in the absorption of visible light and potential for applications in photocatalytic activities. Keywords: Iron Silenite, Properties, Magnetic, Doping.
4	ANDERSON ALVES GURGEL Estudos das Fases Magnéticas em Filmes Finos de Térbio via Medidas de Histerese Térmica. Orientador : VAMBERTO DIAS DE MELLO MEMBROS DA BANCA : FRANCISCO CESAR DE MEDEIROS FILHO RODOLFO BEZERRA DA SILVA VAMBERTO DIAS DE MELLO Data: 15/12/2022 Mostrar Resumo O estudo de filmes finos e de multicamadas magnéticas tem desempenhado nos últimos anos um papel de relevância do ponto de vista acadêmico, revelando um grande potencial para aplicações tecnológicas. Neste trabalho apresentamos o estudo teórico dos efeitos de campo magnético, temperatura e tamanho nas fases magnéticas nos filmes finos da terra rara Térbio(Tb). O método teórico utilizado para se obter as fases magnéticas dos filmes finos de Tb leva em consideração as contribuições das energias de troca, energia de anisotropia, energia Zeeman e a térmica, que são calculadas através de um modelo de campo efetivo auto-consistente. O modelo de campo efetivo auto-consistente se utiliza das constantes associadas as energias envolvidas e suas dependências com a temperatura, e estas dependências são obtidas de trabalhos experimentais. Nosso estudo revelou que além das fases magnéticas já observadas para o Tb no volume, os filmes de Tb devido a competição entre as energias envolvidas (Troca, Anisotropia, Zeeman e Térmica) e os efeito de tamanho e superfície, produzem uma variedade de diferentes fases magnéticas. Obtivemos que para filmes de Tb com baixa espessura, apenas as fases ferromagnética e paramagnética foram observadas. Para os filmes de Tb com espessuras intermediárias encontramos novas fases. E, para filmes muito espessos reproduzimos as fases magnéticas de volume. Mostrar Abstract In recent years, the study of thin films and magnetic multilayers has been important from an academic perspective, revealing great potential for technological applications. In this work, we present a theoretical investigation of the effects of magnetic field, temperature, and size on the magnetic phases in thin films of the rare earth Terbium (Tb). The theoretical method used to obtain the magnetic phases of Tb films takes into account the contributions of exchange energy, anisotropy energy, Zeeman energy, and thermal energy, which are calculated using an auto-consistent field model. The self-consistent effective field model uses the constants associated with the energies involved and their dependence on temperature, and this dependences are obtained from experimental works. Our study revealed that, in addition to the previously observed magnétic phases to Tb in bulk, the Tb films produce a variety of different magnética phases due to competition between the envolved energies (Exchange, Anisotropie, Zeeman, and Thermal) and the effects of size and surface, produce a variety of different magnetic phases.