Íons terras-raras, em especial o Nd³⁺, oferecem diversas características no que se trata de fenômenos ópticos. Seus abundantes níveis de energia o tornam um íon e dopante poderoso para matrizes cristalinas e vítreas, o capacitando para as mais diversas aplicações que vão desde meios de ganho para lasers convencionais e aleatórios, até fenômenos que envolvem não-linearidades consideráveis como a avalanche de fótons. Processo esse que tem como critério uma excitação não-ressoante a partir do estado fundamental, sendo tal processo muito menos provável do que a absorção do estado excitado (GSA << ESA). No entanto resulta numa “explosão de luz”. Em íons de Nd³⁺ tal processo mencionado se dá com um mecanismo de bombeamento que consiste em um laser em 1064 nm incidindo sobre uma amostra de NdAl₃(BO₃)₄, não havendo excitação ressonante partindo do estado fundamental ⁴I_9/2, o aquecimento da amostra se torna característica inevitável, levando a geração de fônons cujo a aniquilação provoca uma excitação térmica a partir do estado fundamental ⁴I_9/2 ⁴I_11/2, a partir do estado ⁴I_11/2, entra em plena atividade a ESA, onde o íon presente recebe energia do laser de excitação ressonante com a transição ⁴I_11/2  ⁴F_3/2, populando o ultimo nível referido. Embora a GSA seja pouco provável, há um certa parcela de íons que usufruindo da aniquilação de fônons presentes na rede é capaz de completar a energia do fóton de excitação e popular o nível  ⁴F_3/2 diretamente do ⁴I_9/2, sem necessariamente ocupar qualquer nível intermediário entre o estado fundamental e o ⁴F_3/2. Desta maneira um íon presente no ⁴F_3/2, podem usufruir da relaxação cruzada (CR), onde o mesmo cede energia a um íon no estado fundamental e ambos se encontram num nível intermediário ⁴F_3/2, ⁴I_9/2   ⁴I_15/2, ⁴I_15/2. Note que neste caso, os íons participantes e agora presentes no ⁴I_15/2 podem relaxar não-radiativamente devido à proximidade com os níveis inferiores, e entre os níveis inferiores, gerando ainda mais fônons na rede que irão potencializar tanto a GSA como a ESA. Como consequência dessas relaxações (⁴I_15/2  ⁴I_13/2  ⁴I_11/2), abastecemos o nível ⁴I_11/2 que é completamente ressonante com o feixe de excitação de volta ao ⁴F_3/2, fazendo com que apenas um íon inicialmente presente no ⁴F_3/2, após o referido processo até a nova excitação se tornem dois, e depois quatro, e assim por diante, sendo na verdade uma progressão geométrica de íons populando o estado ⁴F_3/2, e incrementando processos que serão discutidos ao longo texto como a transferência de energia, conversão ascendente (ETU) e acoplamentos térmicos para o níveis superiores a partir do ⁴F_3/2. Processos que tornam possível a emissão de luz em comprimentos de onda mais enérgicos do que o do próprio mecanismo de excitação. Mas o que aconteceria se contrariando a improvável excitação ressonante do estado fundamental, incidíssemos um feixe adicional em 808nm e ressonante a partir do estado fundamental (⁴I_9/2  ⁴F_5/2)? Como a dinâmica acima explicada seria alterada? Qual influência seria exercida nos comprimentos de onda prevalecentes na avalanche já conhecida? E quais novas portas os efeitos agora observados podem nos abrir? Exploraremos estes e outros aspectos respondendo a estas perguntas ao longo de um texto que abordará, desde características de lasers aleatórios, lasers convencionais, até a alguns aspectos das redes cristalinas e coeficientes de transição em íons terras raras, para explicar em mais detalhes a ocorrência do fenômeno até suas potenciais aplicações como comutador óptico.

O estudo da dinâmica de populações neuronais acopladas tem-se mostrado fundamen-
tal para entender a comunicação entre diferentes regiões cerebrais. Embora a sincronização
de fase seja um fenômeno bastante estudado em redes neuronais, ainda permanece incerta a
extensão dos efeitos da heterogeneidade neuronal na dinâmica do sistema. Apesar de que, em
princípio, a variabilidade neuronal poderia comprometer a sincronização entre regiões cerebrais,
áreas corticais frequentemente exibem sincronização robusta. Deste modo, compreender como
diferentes perfis de variabilidade neuronal impactam o fluxo de informação entre populações
é essencial para elucidar mecanismos de comunicação entre áreas cerebrais distantes. Neste
trabalho, investigamos como a conectividade sináptica, a corrente externa e a heterogeneidade
neuronal influenciam regimes de sincronização em circuitos neuronais biologicamente plau-
síveis. Utilizamos arquiteturas do tipo Transmissor-Receptor (Sender-Receiver), inicialmente
com pares de neurônios e posteriormente com duas populações neuronais. Analisamos fenôme-
nos como sincronização atrasada (DS), antecipada (AS), sincronização a tempo zero (zero-lag,
ZL) e biestabilidade de fase (BI) . Nossos resultados entre pares neuronais indicam que a au-
tapse inibitória atua como moduladora, mas não como condição necessária para a existência de
AS. Mostramos que este regime também pode emergir com variações de condutância excitatória
e corrente externa. Nos modelos de populações neuronais, mostramos que a heterogeneidade
entre neurônios excitatórios (dos tipos regular spiking (RS), intrinsically bursting (IB) e chat-
tering (CH)) e inibitórios (dos tipos fast spiking (FS) e low-threshold spiking (LTS)), que pode
ser modulada por parâmetros de controle do modelo de Izhikevich, altera significativamente a
dinâmica coletiva das populações. Observamos que, dependendo das proporções dos diferen-
tes tipos de neurônios, o sistema pode exibir transições DS-AS via BI e via ZL. Assim, esses
resultados sugerem que a heterogeneidade neuronal atua como um parâmetro de controle local,
capaz de regular transições de sincronização e gerar múltiplos regimes dinâmicos, ampliando a
robustez e a adaptabilidade da comunicação funcional entre áreas corticais.

Pontos quânticos de carbono (PQCs) é um termo geral usado para designar nanopartículas
carbônicas zero-dimensionais com uma estrutura núcleo-casca rica em domínios π -
conjugados e grupos funcionais na superfície. Suas notáveis propriedades ópticas as tornam
apropriadas para diversas aplicações, tais como nanossensores, biomarcadores e agentes
antimicrobianos. Nesta pesquisa, utilizamos dois PQCs, CD-MR, derivado do azocorante
Vermelho de Metila, e CD-ANS derivado do ácido 5-amino-2-naftalenossulfônico (CD-
5ANS2). As características ópticas do CD-MR foram exploradas na microbiologia, tornado-os
potenciais agentes antimicrobianos e fotossensibilizadores para a Terapia Fotodinâmica
Antimicrobiana (TFA). O surgimento de microrganismos patogênicos resistentes a
medicamentos tornou-se uma preocupação de saúde pública, com demanda por estratégias
para suprimir a sua proliferação nas unidades de saúde. A possibilidade de utilizar o CD-MR
para gerar espécies reativas de oxigênio (ROS) foi analisada e foi verificada uma alta
eficiência quântica de geração de oxigênio singleto. Além disso, a atividade antimicrobiana
do CD-MR foi analisada contra os microrganismos patogênicos Staphylococcus aureus,
Escherichia coli, Candida albicans e Cryptococcus neoformans. Os testes de Kirby-Bauer
mostram que o CD-MR possui atividade antimicrobiana apenas após fotoexcitação a 532
nm. Os efeitos térmicos e de pH na fotoluminescência do CD-ANS foram investigados, bem
como sua sensibilidade à dopagem com íons metálicos, metanol e o defensor agrícola
Metomil. Os resultados indicam uma contribuição relevante de um mecanismo
termicamente ativado para a fluorescência do CD-5ANS2. A sensibilidade à variação no pH,
aos íon metálicos, ao metanol e ao pesticida foi medida e a variação na fotoluminescência
está provavelmente ligada aos estados da superfície da nanopartícula. O efeito de dopagem
do CD-ANS com nitrogênio e enxofre foi verificado e constatamos que a adição desses
heteroátomos afeta as propriedades ópticas do CD-ANS sem causar grandes modificações
na sua estrutura. Por último, os dois PQCs aqui estudados também demonstraram potencial  no uso como biomarcadores, conseguindo penetrar a parede celular das leveduras Candida albicans e Cryptococcus neoformans, exibindo excelente fotoluminescência no ambiente intracelular.

A interação entre um campo parcialmente coerente com um ambiente fotônico periódico unidimensional é investigada dentro do contexto dos modos de Floquet-Bloch. Para isso, descrevemos a interação entre as propriedades da rede e as flutuações do campo considerando o feixe óptico como uma combinação linear de modos de Floquet-Bloch, cujos coeficientes são descritos por um processo aleatório estacionário. É demonstrado que a propagação de feixes parcialmente coerentes depende não apenas da média da excitação de cada banda, mas também das correlações existentes entre as diversas bandas suportadas pela rede.

Íons terras-raras trivalentes têm demonstrado ser extremamente eficientes na  absorção e emissão de diversos comprimentos de onda. Isto porque os elétrons  opticamente ativos não são os mais externos, o que enfraquece o vínculo dos íons  quando dopado em um material hospedeiro, devido a uma blindagem parcial do  estado 4f. Neste texto foi mostrado a eficiência fluorescente do Nd3+ (neodímio) em  partículas de NdxY1.00-xAl3(BO3)4 sob uma excitação (1064 nm) não-ressonante do tipo  Anti-Stokes partindo do estado fundamental para o nível 4F3/2. Mesmo com uma  excitação não-ressonante, foram observadas intensidades no espectro  fotoluminescente bastante amplo, desde o visível ao infravermelho, o que é explicado  pelo mecanismo de excitação do tipo avalanche de fótons (AF), que favoreceu de  forma bastante eficiente a população do nível 4F3/2 juntamente com aniquilação de  fônons para inicialmente popular o nível 4F3/2. Na interação entre um íon excitado  (4F3/2) e outro no estado fundamental (4I9/2), o íon excitado realiza uma relaxação  cruzada (não-radiativa) interagindo com um íon no estado fundamental de tal forma  que o primeiro relaxa do nível 4F3/2 para o 4I15/2 e o segundo é promovido excitado do  4I9/2 para 4I15/2.Devido à proximidade com os níveis inferiores, esses íons relaxam não radiativamente para os níveis 4I13/2 e 4I11/2. Uma vez no nível 4I11/2, os íons podem  absorver radiação do feixe de excitação que é ressonante com a transição 4I11/2 🡪 4F3/2. Dessa forma, um íon inicialmente excitado no nível 4F3/2 por um mecanismo de probabilidade baixa a temperatura ambiente, leva dois íons para o estado 4F3/2 e depois da sequência de eventos: absorção do estado fundamental assistida por  fônons; relaxação cruzada; relaxações não-radiativas e absorção de estado excitado  ressonante. Os dois íons no nível 4F3/2 podem transferir energia para dois vizinhos no  estado fundamental e levar quatro íons para o nível 4F3/2. A repetição desse conjunto  de eventos leva a uma excitação que segue uma progressão geométrica de íons  excitados, aumentando de formo abrupta a absorção dos fótons em 1064 nm. Com  grandes números de íons no nível 4F3/2 podemos observar transições que  caracterizam conversão ascendente e conversão descendente de energia cobrindo o espectro visível e infravermelho. Também foi investigado a influência das  concentrações da quantidade de neodímio para diferentes amostras, e foi constatado  uma forte dependência da relaxação cruzada para o mecanismos de avalanche de  fótons, devido à proximidade dos íons, e com isso foi proposto uma mecanismos de  looping de energia para concentrações de 5% a 20% de Nd3+, e para concentrações  maiores que 20%, a avalanche de fótons é estabelecida. Os resultados dessa  dissertação estão publicados nos periódicos: Applied Physics Letters com título  “Photon-avalanche-like upconversion in NdAl3(BO3)4 nanoparticles excited at 1064nm”  e Optical Materials com título “Energy-looping and photon-avalanche-like phenomena  in NdxY1.00-xAl3(BO3)4 powders excited at 1064 nm”.

O desenvolvimento de nanomateriais multifuncionais livres de metais pesados é um tema contínuo na comunidade científica, fornecendo resultados relevantes em bioimagem, detecção, tratamento de microrganismos patogênicos, ciência forense e criação de dispositivos optoeletrônicos, com menor impacto ambiental. Propriedades como dependência e independência da fonte de excitação para um fluoróforo são de interesse devido ao potencial para produzir nanopartículas biocompatíveis específicas. Os pontos quânticos de carbono são um desses materiais, conhecidos principalmente por suas propriedades de emissão de fluorescência. No entanto, há relatos de pontos quânticos de carbono que exibem fosforescência, caracterizada por luminescência de alta intensidade e longa duração. Assim, torna-se de interesse a exploração de pontos de carbono co-dopados com ótimas propriedades luminescentes sintetizados por meio de uma rota de síntese simples. Neste estudo, pontos de carbono usando dansilamida como precursor foram sintetizados, visando obter nanopartículas altamente fluorescentes e investigar suas potenciais aplicações ópticas. Utilizando o método sintético hidrotérmico, obtivemos pontos quânticos de carbono codopados com nitrogênio, enxofre e cloro, que exibem emissão entre azul e verde com rendimento quântico de 27,46% sob fotoexcitação a 375 nm. Para caracterizar os pontos quânticos de carbono obtidos (CD-DNSA), foram utilizadas técnicas como microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM), espectroscopia no infravermelho, espectroscopia de fotoelétrons de raios X, e espectroscopia UV-Vis. Além disso, a sensibilidade da fluorescência dos pontos de carbono a íons e condições ambientais foi investigada, com foco na polaridade, pH e temperatura do líquido portador. Consequentemente, analisamos a viabilidade de usar o CD-DNSA para detecção de temperatura e pH, determinando as sensibilidades absoluta e relativa e a estabilidade das nanopartículas na faixa de temperatura dos sistemas biológicos e ao longo da escala de pH. Portanto, no presente trabalho, obtivemos pontos de carbono altamente fluorescentes dopados com heteroátomos, exibindo sensibilidade ao potencial de hidrogênio, uma resposta não trivial da intensidade com as variações de temperatura e baixa sensibilidade à polaridade. Além disso, o CD-DNSA no estado sólido demonstrou fosforescência à temperatura ambiente quando incorporado em matrizes poliméricas, como PVA e celulose, bem como em tinta, indicando potenciais aplicações no combate a contrafação.

A evolução temporal de uma cadeia topológica Su-Schrieffer-Heeger é analisada por meio das
estatísticas de padrões de speckle. O surgimento de estados de borda topológicos afeta dramati-
camente as flutuações dinâmicas da função de onda. As estatísticas de intensidade são descritas
por uma família de distribuições qui-quadrado não centrais, com o parâmetro de não centralidade
refletindo no grau de localização do estado de borda. A resposta do contraste de speckle com
relação à dimerização da cadeia é explorada em detalhes, bem como o papel da desordem de
quebra de simetria quiral, número de estados de borda, sua lacuna de energia e os locais entre
os quais o transporte ocorre. Além de fornecer um local para personalização de speckle, nossos
resultados apelam ao uso de padrões de speckle para caracterização de propriedades topológicas
não triviais.

As equações de Maxwell são comumente apresentadas sem considerar a interaçãoo com a matéria. Neste estudo, exploramos a formulação das equações de Maxwell quando a interação com a matéria é levada em consideração, aplicando-as a um problema específico. Além disso, introduzimos o conceito de metamaterial, um material artificialmente construído que exibe propriedades incomuns em comparação com os materiais naturais. A partir desse conceito, demonstramos a possibilidade de sustentar plasmons de superfície em uma configuração específica, elaborando detalhadamente essa configuração. Os SPPs (Polaritons de Plásmon de Superfície) em metamateriais apresentam características singulares que viabilizam o controle preciso da luz em escalas nanométricas. Ao projetar a geometria e as propriedades dos metamateriais, é possível ajustar as ressonâncias dos SPPs para interagir com a luz em diferentes comprimentos de onda. Isso abre caminho para aplicações em dispositivos ópticos avançados, como sensores ultra-sensíveis, dispositivos de modulação de luz e circuitos ópticos integrados. O estudo e desenvolvimento de SPPs em metamateriais representam uma área de pesquisa em constante evolução, proporcionando oportunidades significativas para avanços na manipulação e controle da luz em escalas nanométricas, com potenciais aplicações em diversas áreas da tecnologia óptica. 

O cérebro é um sistema dinâmico não linear, no qual pequenas variações em estímulos externos podem desencadear respostas muito distintas. Para compreendê-lo melhor, a análise de séries temporais é uma abordagem poderosa que, por meio de ferramentas estatísticas, permite extrair informações relevantes sobre a dinâmica desse sistema. Com isso, é possível identificar padrões associados a diferentes estados cognitivos e comportamentais. Neste trabalho, utilizamos dados de eletrocorticografia (EcoG), disponibilizados gratuitamente em uma rede aberta de dados, provenientes de um paciente humano exposto a duas tarefas visuais distintas. Também analisamos dados de séries temporais obtidas por meio de simulações realizadas com o modelo computacional CROS (Critical Oscillations). Para a análise, empregamos a metodologia simbólica de Bandt \& Pompe, baseada na Teoria da Informação Causal, e calculamos a Função de Distribuição de Probabilidade (PDF) para diferentes combinações de elementos de uma série temporal. Para isso, consideramos a dimensão, o atraso e a direção da análise. Com a PDF obtida, calculamos os quantificadores da Teoria da Informação: a Entropia de Shannon ($H$) e a Complexidade Estatística ($C$). A partir dessas medidas, foi possível distinguir as duas atividades cognitivas: períodos de busca visual, associados a uma tarefa ativa, e intervalos de tela em branco, correspondentes a períodos de espera. Além disso, para as séries obtidas por simulação, observamos como diferentes valores do parâmetro de conectividade excitatória ($r_E$) influenciam a dinâmica do sistema. Em ambas as aplicações do método de Bandt \& Pompe, identificamos quais escalas de tempo foram mais relevantes para o processamento das informações.

Íons terra raras têm sido cada vez mais na literatura devido às suas propriedades ópticas únicas. Neste trabalho, realizado durante a vigência do mestrado do autor, buscamos explorar diversos efeitos ópticos e térmicos em amostras Nd_xY_1.00-xAl₃(BO₃)₄ decoradas com nanopartículas metálicas. Primeiramente, excitamos em 808 nm, uma transição ressonante dos íons de neodímio contidos nas partículas micrométricas de Nd_xY_1.00-xAl₃(BO₃)₄ promovendo íons do estado fundamental ⁴I_9/2 para o ⁴F_5/2 + ²H_9/2. Graças a rica configuração dos níveis de energia do neodímio foi possível observar um vasta banda das emissões provenientes de processos de conversão ascendente de energia e conversão descendente de energia, com emissões espontâneas variando entre os 530 e 1100nm. O próprio bombeamento do LASER de excitação provoca um aquecimento íntrínseco devido às rotas de relaxamento não-radiativo, que ocorrem devido à proximidade dos níveis energéticos, elevando íons a estados mais excitado e suprimindo emissões características típicas do nível ⁴F_3/2 como ⁴F_3/2 → ⁴I_9/2 (900nm), ⁴F_3/2 → ⁴I_11/2 (1064nm) e o ⁴F_3/2 → ⁴I_13/2 (1320nm). A temperatura exerce um efeito de ‘quenching’ nessas emissões em comprimentos de onda menores que o comprimento do LASER de excitação. No entanto, em vez de converter toda a energia em calor, parte da energia é usada para promover íons do estado ⁴F_3/2 para níveis mais energéticos, resultando em emissões com comprimentos de onda mais energéticos do que os fótons do LASER de excitação. Além disso, a decoração com nanoparticulas metálicas provoca um aumento da temperatura devido à excitação dos modos vibracionais dessas nanopartículas metálicas, que atuam como uma fonte adicional de calor, intensificado os processos de conversões ascendente através de uma excitação térmica para os níveis superiores ao ⁴F_3/2.Em segundo caso, as amostras foram excitadas em um comprimento de onda não ressonante com as transições do estado fundamental do íon de neodímio o que caracteriza uma excitação anti-stokes. A diferença de energia necessária para completar a transição do ⁴I_9/2 para o ⁴F_3/2 é dada pela aniquilação de fônons da matriz hospedeira, sendo que, à medida que o número de fônons aumenta com a temperatura, o processo se torna mais eficiente. Devido à excitação dos modos vibracionais das nanopartículas metálicas presentes na superfície das partículas submicrométricas de Nd_xY_1.00-xAl₃(BO)₄ (x = 0.10, 0.20 e 1.00), ocorre um aquecimento adicional, beneficiando o processo anti-stokes em 1064nm. Como resultado, obseva-se uma melhora significativa nas emissões entre os 600 nm e 880 nm, Dado está melhora dos processos anti-stokes nas microparticulas de Nd_xY_1.00-xAl₃(BO₃)₄ decoradas com prata em comparação com asnão decoradas, esperasse que este processo possa ser realizados em outras amostras. Os resultados deste trabalho foram publicados no periódico Optical Materials X com o título “Metallic nanoparticles-decorated Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄ sub-micrometric particles to enhance anti-Stokes excitation performance”.

Neste trabalho, foi estudado a dinâmica eletrônica sob a influência da interação Cou-
lombiana e o efeito da interação com a rede usando o modelo SSH, como também o
estudo do par mágnon-rede e a transferência de estados quânticos com desordem corre-
lacionada. No contexto da interação de Coulomb, o termo elétron-elétron em uma rede
unidimensional cria uma sub-banda de estados ligados, desacoplando-se inicialmente da
banda principal de estados para U = 8, também observado para U = 12. O Hamiltoniano
permite considerar termos de interação elétron-elétron locais e também não locais. Pode-se
observar o surgimento de uma nova sub-banda devido à interação entre os primeiros
vizinhos e o alargamento desta sub-banda devido à interação local entre as partículas. A
dinâmica do sistema sob a ação de um campo elétrico externo mostra que a interação
entre as partículas promove um movimento coerente, resultando em modos de oscilação
com frequência dobrada. A propagação eletrônica sob o efeito da interação elétron-rede foi
investigada no formalismo de não-linearidade cúbica. Introduziu-se o acoplamento entre o
elétron e a rede através da distribuição de hopping. Foram resolvidas as equações acopladas
para o sistema elétron-rede e calculada a posição eletrônica em função do tempo. Foi feita
uma investigação detalhada da dinâmica do elétron e da rede para uma ampla gama de
intensidades de acoplamento elétron-rede. Os resultados demonstram que dependendo
da condição inicial considerada e da intensidade da interação elétron-rede, é possível
obter a formação do par elétron-rede. Os resultados também revelam que, dependendo
da velocidade inicial da rede e do grau do termo elétron-rede, é observado uma repulsão
entre a deformação da rede e o elétron. No trabalho envolvendo a interação mágnon-rede
em uma cadeia de Morse não linear, onde o acoplamento entre o mágnon e a rede foi
feito através do termo de exchange no Hamiltoniano de Heisenberg, os resultados indicam
que a formação do par mágnon-rede acontece para valores específicos de interação e que
dependem das condições iniciais. Também foi observado que com o aumento da diferença
de tempo entre a propagação do mágnon e a rede, os valores necessários para promover o
acoplamento diminui. Por fim, no último trabalho foi explorado a transferência de estados
quânticos sob a influência de campos magnéticos desordenados e com acoplamentos de
troca com desordem correlacionada de longo alcance. O mágnon a ser transmitido está
em uma rede no estado fundamental ferromagnético. Para campo diferente de zero, a
localização de Anderson é induzida no canal, mas uma transmissão melhor que a clássica
ainda é possível para campo com intensidade moderada.

Este estudo explora as propriedades fotoquímicas e espectroscópicas de moléculas orgânicas conjugadas. A pesquisa teve como base analisar o efeito de diversos solventes nas propriedaes ópticas. A análise da fluorescência a partir das soluções do PY-RES variando a polaridade permitiu observar o efefito solvatocrômico. A análise do deslocamento de Stokes revelou uma variação no momento dipolar molecular de 4,57 D após a excitação com o lasr de 450nm, consistente com os valores da literatura para compostos semelhantes. O comportamento das soluções com do PY-RES a partir do aumento da temperatura indicou uma diminuição na intensidade de emissão, especialmente em solventes menos polares, sugerindo que a temperatura não altera significativamente a diferença de energia entre os estados excitado e fundamental dentro de uma faixa de 25 a 40 °C. A sensibilidade do PY-RES à polaridade do solvente destaca seu potencial como uma sonda físico-química para detectar adulteração de solventes, evidenciada pelas mudanças de emissão ratiométricas em misturas de etanol e metanol. O curcuminóide (1E,4E-1,5-bis(4-(dimetilamino)fenil)penta-1,4-dien-3-ona) foi examinado quanto aos seus espectros de absorção e emissão em vários solventes. Os resultados experimentais, apoiados por simulações de Teoria do Funcional da Densidade Dependente do Tempo (TD-DFT), indicaram fortes efeitos da polaridade do solvente nos espectros de fluorescência. Os máximos de absorção variaram de 400 nm a 460 nm, com um deslocamento batocrômico observado em solventes mais polares, atingindo um pico de 458 nm no metanol. Estudos computacionais com o funcional B3LYP revelaram um intervalo HOMO-LUMO de 2,8 eV e um pico de absorção teórico próximo ao valor experimental no metanol. O curcuminóide exibiu um alto deslocamento de Stokes no metanol (175,6 nm), aumentando com a polaridade do solvente, sugerindo mudanças significativas na distribuição de carga após a excitação. A decomposição espectral e a análise de decaimento de intensidade confirmaram propriedades de emissão dependentes do solvente e o impacto da temperatura na intensidade de emissão sem alterar a forma espectral. Esses achados destacam o potencial da curcumina monocarbonil como uma sonda sensível ao ambiente. O chalconóide (E)-1-(4-aminofenil)-3-(4-(dimetilamino)fenil)prop-2-en-1-ona foi investigado por meio de espectroscopia UV-vis e cálculos teóricos. O composto exibiu duas bandas principais de absorção correspondentes às transições π − π∗ e n − π∗ , com deslocamentos significativos dependentes do solvente. Um deslocamento batocrômico foi particularmente notável em solventes menos polares como heptano e tolueno. Análises teóricas usando o funcional CAM-B3LYP e o conjunto de bases 6-311+G(d,p) corroboraram os achados experimentais, detalhando uma diferença de energia de transição HOMO-LUMO de 5,406 eV em acetonitrila e uma diferença de transição n − π∗ de 6,5 eV. Estudos de fluorescência revelaram um deslocamento de Stokes substancial em solventes apolares, reforçando a sensibilidade do composto ao ambiente do solvente e seu potencial em aplicações optoeletrônicas e farmacêuticas.

Compreender como o cérebro processa informações, perceber o mundo e criar modelos para agir sobre ele é um dos principais objetivos da neurociência. Para responder a essa questão, podemos analisar séries temporais corticais durante diferentes processos cognitivos e caracterizar as propriedades estatísticas dos sinais cerebrais. Aqui analisamos dados intracranianos de eletrocorticografia (ECoG) dos potenciais de superfície cerebral em cinco seres humanos durante
uma tarefa de busca visual à luz dos quantificadores da teoria da informação. Empregamos a metodologia de simbolização de Bandt-Pompe para associar uma função de distribuição de probabilidade a cada série temporal e, em seguida, calcular entropia e complexidade para diferentes escalas de tempo. Mostramos que os diferentes tipos de tarefas visuais podem ser separados no plano entropia-complexidade multiescala. Isso significa que os quantificadores da teoria da informação podem ser uma ferramenta útil para distinguir os sinais cerebrais em regiões específicas do cérebro. Além disso,
usando a abordagem multiescala e incorporando atrasos de tempo para modificar a taxa de amostragem dos dados, podemos estimar as escalas de tempo mais importantes para o processamento das informações relativas a cada tarefa cognitiva.

O objetivo da dissertação é analisar, com um certo nível de detalhe, o espalhamento de radiação eletromagnética monocromática por um material dielétrico isotrópico e linear com simetria $\mathcal{PT}$ na aproximação de Born. Estudar a luz espalhada por um material específico pode nos retornar informações úteis sobre a natureza do material. Assim, verificamos como o espalhamento da luz se comporta em um material que apresenta simetria $\mathcal{PT}$ e como a presença de ganho e perda dentro do material pode afetar a densidade espectral do campo espalhado. A densidade espectral é uma quantidade que pode ser medida diretamente no laboratório. Verificamos que, para certas distribuições de ganho e perda, a direção do campo espalhado pode variar sem alterar a geometria do espalhador. O caráter não-Hermitiano do índice de refração do espalhador também se reflete no padrão de intensidade espalhada, que agora passa a ser assimétrico com relação ao ângulo de espalhamento.

Iniciamos no capítulo 1 com uma breve motivação sobre o desenvolvimento do trabalho. O capitulo 2 introduz os conceitos fundamentais da simetria $\mathcal{PT}$ e suas respectivas aplicações na área da mecânica quântica, discutindo as propriedades mais importantes que descrevem essa simetria. Faremos também a conexão de tal simetria com o campo de pesquisa da óptica.
O capítulo 3 apresenta a teoria clássica do espalhamento e a equação da onda satisfeita pelo campo elétrico na sua aproximação escalar, partindo do conjunto das equações de Maxwell. Será exposta também a teoria formal do espalhamento para campos escalares e a representação de espalhamento múltiplo com a série de Born. Discutiremos como são dadas tais aproximações e suas aplicações de interesse para o nosso trabalho. No capítulo 4, trataremos do espalhamento da luz por um material $\mathcal{PT}$-simétrico na primeira aproximação de Born. Nosso trabalho conclui que as direções do campo espalhado podem sofrer mudanças dependendo da presença de ganho e perda no material espalhador. Por fim, no capitulo 5, as conclusões serão discutidas bem como algumas perspectivas futuras.

O  ácido ascórbico, conhecido como vitamina C, desempenha um papel crucial na saúde humana, sendo necessário desenvolver sensores sensíveis e seletivos para sua detecção em amostras complexas. A fim de potencializar as respostas elétricas e a interação com biomoléculas, os nanomateriais são incorporados na superfície de sensores. Os nanocristais de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de grafeno (GO) apresentam propriedades interessantes, como alta área superficial, atividade catalíıtica e capacidade de amplificação de sinais elétricos, sendo excelentes candidatos em sensores eletroquímicos. Assim, o seu sinergismo pode potencializar essas propriedades. Diante disso, neste trabalho foi investigado o sinergismo entre nanocristais de TiO2 dopados com níquel (Ni) com GO e sua aplicação na detecção de ácido ascórbico. As propriedades ópticas, estruturais e vibracionais das amostras foram investigadas utilizando as técnicas de espectroscopia de absorção óptica (AO), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman e Voltametria cíclica (VC). Nos espectros de AO confirmou a absorção no ultravioleta dos nanocristais de TiO2 e que com a dopagem alterou a band gap. Os dados de DRX e Raman confirmaram a presença da fase anatase dos nanocristais de TiO2, as distorções da rede com a dopagem e a formação do GO. Nos resultados de voltametria e aplicação em sensores para detecção de ácido ascórbico, confirmou que os nanocristais de TiO2 dopados com Ni e GO apresentaram uma alta sensibilidade e seletividade na detecção de  ácido ascórbico, com resposta linear na faixa de concentração, potencializando a sensibilidade do sensor. O efeito sinérgico dos dois nanomateriais potencializou ainda mais o sinal de detecção. Portanto, esses resultados contribuem para o avanço do conhecimento na área de nanomateriais e sua aplicação em sistemas de detecção sensíveis e seletivos de compostos bioativos, como ácido ascórbico.

Nesta dissertação investigamos a quebra espontânea de simetria de Lorentz em um modelo de 4 férmions derivativo. A essência do mecanismo de quebra espontânea de simetria de Lorentz consiste no acoplamento de campos tensoriais através de potenciais de forma que, nos mínimos dos potenciais, estes campos adquiram valores esperados de vácuo não triviais, introduzindo assim direções espaço-temporais privilegiadas. Para este modelo calculamos o potencial efetivo no contexto de temperatura zero e temperatura finita, também investigamos as condições para restauração de simetria. Em seguida, calculamos a correspondente ação efetiva e mostramos que o potencial resultante é definido positivamente e possui um conjunto contínuo de mínimos, assim como realizamos a indução da ação cinética de segunda ordem no campo auxiliar.

O presente estudo é voltado à caracterização das propriedades ópticas e interfaciais de filmes de quitosana dopados com pontos quânticos de carbono. Em particular, são considerados nanopartículas de carbono sintetizadas a partir de método hidrotérmico, usando o corante vermelho de metila como precursor. Usando as técnicas de espectroscopia UV-Vis e tensiometria ópticas, a fotoestabilidade e a molhabilidade dos filmes poliméricos são analisadas, com ênfase nos efeitos associados a fotoexcitação das amostras com um laser na região do UV. Os resultados obtidos mostram que a adição de um pequeno percentual de pontos quânticos de carbono não modifica a molhabilidade dos filmes, mas aumenta a fotoestabilidade das amostra à radiação UV. Usando o glicerol como líquido de prova nas medidas de ângulo, é mostrado que a dinâmica de molhagem não é afetada pela adição dos pontos quânticos de carbono, que age como centro absorvedor da radiação eletromagnética. Utilizando a teoria cinético-molecular para a analisar a dinâmica de molhagem, os parâmetros físico-químicos que caracterizam o fenômeno de molhagem são determinados. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que a adição de pontos quânticos pode ser usada para melhorar a estabilidade de filmes de polímeros biocompatíveis, os tornando
menos susceptíveis à radiação UV do meio.

Neste presente trabalho, estudamos a dinâmica de um elétron em dois sistemas bidi-

mensionais (2D) sob o efeito de um campo elétrico externo. Em ambos os casos investigamos a evolução temporal de um pacote de ondas inicialmente localizado, usando um formalismo de Taylor para resolver o conjunto de equações de Schrödinger. No primeiro caso, consideramos uma rede quadrada com os termos de hopping distribuı́dos de maneira aperiódica. Os resultados obtidos sugerem que uma propagação rápida de elétrons (dinâmica balı́stica) é encontrada para uma faixa de valores do grau de aperiodicidade ν do sistema. Ao inserir o efeito de um campo elétrico estático no modelo, verifica-se a existência de um comportamento oscilatório semelhante a dinâmica eletrônica em sistemas cristalinos, ou seja, em que exibem “oscilações de Bloch”. A frequência ω e o tamanho LE dessas oscilações são investigados e os resultados encontrados são comparados com a abordagem semi-clássica, resultando em uma boa concordância com comportamento padrão. No segundo caso, consideramos uma rede quadrada com os termos de hopping com desordem correlacionada. Nossos resultados indicaram que a desordem correlacionada promove uma propagação eletrônica rápida para tempos intermediários. Quando inserimos um campo elétrico, também observamos um comportamento similar as “oscilações de Bloch”. A frequência obtida para este segundo caso também está em boa concordância com os previstos pela abordagem semi-clássica. Apesar da ausência de estados estendidos e com base na desordem inserida no modelo, discutimos aestabilidade dessas aparentes “oscilações de Bloch”. Também investigamos a transferência de estados quânticos (QST) em um canal com desordem não correlacionada na diagonal, conectado a um emissor (S) e um receptor (R). Usamos algumas medidas do grau de localização para poder avaliar as propriedades de localização ou deslocalização do canal proposto para QST. Os resultados revelaram que dentro de um determinado limite de desordem fraca, a transferência de estados quânticos ocorre com boa fidelidade.

Neste trabalho, realizamos o estudo espectroscópico do vidro à base dos óxidos de Telúrio e Zinco (xTeO2:yZnO) dopado e co-dopado com os íons Dy3+, Pr3+, Eu3+ e Ho3+ sob excitação na faixa do UV e azul. As análises desta investigação fundamentaram-se em medidas de absorção e excitação óptica, luminescência e luminescência resolvida no tempo e em parâmetros da eficiência de transferência de energia. Os resultados mostraram que sob excitação UV/azul, os sistemas co-dopados geram bandas de emissões bem definidas na região visível, e o comportamento da intensidade de emissão em função da concentração do co-dopante indicou a presença de mecanismos de transferência de energia Dy3+ → Pr3+, Pr3+ → Dy3+, Eu3+ → Ho3+ e Ho3+ → Eu3+, que posteriormente foram confirmados por medidas de tempo de vida. As análises das eficiências de transferência de energia indicaram que as transferências segundo os mecanismos Dy3+ → Pr3+ e Ho3+ → Eu3+ são mais eficientes e, portanto, têm uma maior probabilidade de ocorrer. Observou-se também que as emissões são sensíveis aos comprimentos de onda de excitação utilizados, e além disso, estas excitações são responsáveis por alterar a relação sensibilizador/aceitador no processo de transferência de energia, mostrando, portanto, que o perfil espectral das emissões é uma função não somente da concentração dos íons, mas também da excitação empregada e consequentemente da transferência de energia. Os resultados aqui apresentados podem impactar estudos que explorem as propriedades ópticas de dispositivos baseados na luz emitida pelos pares de íons Dy3+/ Pr3+ e Eu3+/ Ho3+

Neste trabalho, investigamos ordens topológicas e transições de fases quânticas em modelos de spins interagentes distintos utilizando métodos numéricos. Introduzimos o método de escala tangencial de tamanho finito, onde demonstramos a sua validade na caracterização de transições de fases topológicas entre as fases de Haldane e Large-D em uma cadeia de Heisenberg anisotrópica de spin S = 1. Os nossos resultados foram validados por previsões teóricas do expoente crítico do comprimento de correlação ν obtidas de uma teoria de campos efetiva σ não linear. Em seguida, investigamos as fases quânticas e transições de fases topológicas para uma classe de modelos ferrimagnéticos tetrâmeros (S1 − S1 − S2 − S2) com interações de Heisenberg isotrópicas e alternadas. Investigamos primeiro o caso S1 = 1 2 e S2 = 5 2 onde obtivemos o diagrama de fases do modelo e investigamos as fases quânticas a partir de curvas de magnetização. Caracterizamos um ponto crítico do diagrama de fases utilizando o método de escala tangencial de tamanho finito, onde temos uma transição de fases topológica de expoente crítico ν = 2 3 . Em seguida, investigamos a universalidade de transições de fases topológicas para uma classe de cadeias ferrimagnéticas onde demonstramos que os pontos críticos a campo nulo que surgem nessa classe de modelos Têm um caráter universal e pertencem a classe de universalidade SU(2) Wess-Zumino-Witten com ν = 2 3 . Por fim, investigamos outra cadeia ferrimagnética tetrâmera com S1 = 1 e S2 = 3 2 , onde obtivemos um rico diagrama de fases do modelo apresentando sucessivas transições de fases topológicas a campo nulo. Investivamos essas transições novamente implementando o método de escala tangencial de tamanho finito, onde demonstramos que essas transições também são universais e pertencentes a classe SU(2) Wess-Zumino-Witten com ν = 2 3 . Por fim investigamos o papel de dissipação distintas no ordenamento topológico protegido por simetria dado pelo modelo de Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki em uma dimensão utilizando métodos de redes de tensores. Mostramos que para dissipações assimétricas em relação a simetria de reversão-temporal o ordenamento topológico não trivial é destruido com o aumento da intensidade de dissipação γ. Para o caso de dissipação simétrica, vimos que a fase topológica protegida por simetria do modelo é mantida, validadas por medidas do parâmetro de ordem string, pureza Γn e analisando o espectro de Schmidt. Vale de destacar que identificamos o padrão de degenerescência no espectro de Schmidt da matriz densidade do modelo no regime estacionário, tal qual é possível observar no espectro de emaranhamento no caso de fases topológicas não triviais para estados puros. Nossos resultados validam o argumento de que obtivemos uma fase topológica dissipativa protegida por simetria e que pode ser caracterizada por ferramentas também utilizadas para o caso de estados puros.

A manipulação de partículas ou microestruturas sem contaminação, seja pelo meio ou por contato direto, desperta um interesse considerável para estudos de manipulação e enriquecimento de células em biotecnologia, desenvolvimento de novos fármacos e aplicações em diagnósticos. Nesse contexto, é necessário investigar técnicas que possibilitem esse processo de forma eficiente e confiável. Os chips acustofluídicos surgem como uma alternativa simples e funcional para alcançar esses objetivos, e nas últimas décadas, tem havido um crescimento significativo no desenvolvimento desses dispositivos lab-on-a-chip. Este trabalho aborda especificamente a fabricação de dispositivos acustofluídicos, que combinam técnicas de microfluídica com sistemas ultrassônicos para manipulação precisa de partículas ou microestruturas. São estudados as fenômenos físicos envolvidos nesse processo e como o comportamento desses fenômenos afeta as funcionalidades agregadas aos chips. Para isso, apresentamos o processo de fabricação, incluindo a etapa de projeto através de simulação analítica, modelagem 3D e fabricação por manufatura aditiva, utilizando uma impressora DLP com tecnologia de resina fotopolimerizável. O resultado é um dispositivo capaz de levitar e padronizar objetos ou células na escala microscópica, proporcionando uma plataforma versátil para diferentes aplicações. A fim de garantir o pleno funcionamento e aprimorar a eficiência do chip de achustofluídica, foi realizada uma avaliação minuciosa de seu desempenho. Conduzimos experimentos para caracterizar a frequência de ressonância do dispositivo fabricado, visando otimizar sua eficiência e capacidade de manipulação. Além disso, realizamos testes de estabilidade ao longo de períodos prolongados, inclusive vários dias, para observar o comportamento do protótipo em condições reais de operação. Analizamos experimentalmente a energia da microcavidade e a pressão da onda incidente, a fim de compreender melhor os fenômenos envolvidos e aprimorar o projeto do dispositivo. Adicionalmente, foram exploradas aplicações pioneiras para estudos de células por espectroscopia Raman, uma técnica analítica poderosa para análise molecular. O objetivo foi reduzir o tempo de análise, aumentar a praticidade e amplificar o sinal obtido, utilizando o chip como plataforma de suporte para esses estudos. Realizamos um estudo de macrófagos e avaliação de eritrócitos, obtendo seus espectros Raman e comparando-os com resultados da literatura, com o intuito de validar a eficácia e a precisão do dispositivo em aplicações biomédicas. Por fim, discutimos as amplas aplicações da tecnologia desenvolvida neste trabalho no contexto do diagnóstico por imunoaglutinação. Através dessa tecnologia inovadora, espera-se oferecer diversas vantagens em relação aos métodos atualmente utilizados, como maior sensibilidade, rapidez e facilidade de uso. Essas perspectivas têm o potencial de beneficiar significativamente a sociedade e os setores de saúde, proporcionando avanços no diagnóstico.

Muitas pesquisas estão relacionadas ao uso de marcadores de compostos orgânicos pelo cloreto de dansila (DNS-Cl), que podem ser um meio flexível e sensível para detecção de fluorescência. Muito utilizado em áreas como farmacologia, toxicologia, síntese orgânica e bioquímica. Não há relatos sobre o estudo teórico da molécula DNS-Cl na forma cristalina. A estrutura cristalina do DNS-Cl foi calculada e analisadas as seguintes propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e os modos normais de vibração, os espectros infravermelho e Raman, bem como as propriedades termodinâmicas. É investigado por simulação usando cálculos de primeiro princípio em uma abordagem pseudopotencial dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade (DFT). Consideramos a aproximação do gradiente generalizado com correção de dispersão (GGA + TS) e a aproximação da densidade local (LDA-CAPZ) implementada no código CASTEP. No cálculo da estrutura de bandas foi encontrado um gap direto de 1,83 eV para GGA + TS e um gap direto de 1,73 eV para LDA. As propriedades ópticas foram calculadas considerando a polarização ao longo da direção 100, 010, 001 e para uma amostra policristalina. Espectros infravermelho e Raman as propriedades termodinâmicas também foram obtidos e analisados. O cristal possui características de um material semicondutor comprovado pela estrutura de banda, se for sintetizado com grande potencial em aplicações de cristais orgânicos, ou colocado no branco de dados cristalográficos utilizado como referência para pesquisas futuras sobre a estrutura cristalina estudada.

Introduzimos um modelo para a interação entre um feixe Gaussiano e uma estrutura dielétrica composta
por três camadas isotrópicas com ganho e perda equilibrados,satisfazendo a condição de simetria PT,com a camada central sendo passiva (sem ganho ou perda). Nosso objetivo é calcular os coeficientes de reflexão e transmissão do sistema e verificar a dependência dos mesmos com relação às propriedades geométricas e de ganho/perda dos materiais.A camada central possui um comprimento que pode ser controlado, variando de zero (bi-camada) até um valor finito (tri-camada) e a taxa de ganho e perda das duas camadas ativas pode ser controlada variando a parte imaginária do índice de refração.Comparamos os resultados obtidos para o feixe Gaussiano com o modelo de onda plana usual e discutimos asdiferenças encontradas entre os dois modelos.

O dióxido de titânio (TiO₂) é um semicondutor que apresenta absorção e emissão na região do ultravioleta, fotoestabilidade, propriedades catalíticas e osseointegradoras, podendo ter utilizado em diversas aplicações tecnológicas e médicas, tais como, catalisadores, dispositivos fotovoltaicos e agentes osseointegradores. A incorporação de íons de metais de transição (MT) em semicondutores gera propriedades magneto-ópticas que podem ser sintonizadas em função da concentração de dopante. Poucos trabalhos na literatura estudam as propriedades estruturais, morfológicas e ópticas de TiO₂ dopado com MT. Portanto, a fim de entender como as propriedades físicas e químicas podem ser influenciadas em função da concentração de dopante, neste trabalho foram sintetizados e caracterizados nanocristais (NCs) de TiO₂ dopado com concentrações crescentes de íons de manganês (Mn⁺²) pelo método de precipitação química. As propriedades estruturais foram investigadas utilizando Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. As propriedades ópticas foram investigadas utilizando Espectroscopia de Absorção Óptica (AO) e aplicação do modelo da Teoria do Campo Cristalino (TCC). As propriedades morfológicas foram investigadas utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Nos difratogramas de DRX e espectros Raman observou-se, respectivamente os padrões de difração de DRX e as bandas correspondentes aos modos vibracionais característicos de NCs de TiO₂ na fase anatase, não sendo alterada com a concentração de dopagem. Nos espectros de AO observou-se a banda de absorção característica de NCs de TiO₂ e quecom o aumento da dopagem ocorreu um deslocamento para o vermelho, sendo relaciona com à forte interação de troca sp-d, confirmando a incorporação de íons Mn²⁺ nos NCs de TiO_2. Na aplicação da TCC e com o auxílio dos diagramas de Tanabe-Sugano evidenciou-se que íons de Mn²⁺ foram incorporados substitucionalmente aos de Ti⁴⁺ em sítios tetraédricos e octaédricos dos NCs de TiO₂, a depender da concentração de dopagem. Portanto, com base nesses resultados confirmou-se o crescimento com sucesso de NCs de TiO₂ puros e dopados com Mn²⁺ na fase anatase e que a depender da concentração é possível sintonizar o sítio em que os íons de Mn²⁺ se encontram, alterando fortemente as propriedades ópticas.  

Neste trabalho usamos as curvas de forças obtidas através do microscópio de força atômica
(AFM) para estudar a influência das sondas, substratos e meios nas adesões ponta-
substrato. Foram usadas as sondas HYDRA – 100NG, ACCESS – EFM e a ACT – SS, cujas
pontas são de silício (Si) e Silício revestida com platina (Pt). Os experimentos foram
realizados em três etapas. Na primeira etapa, realizamos experimentos fazendo a interação
das sondas sobre um substrato de vidro em ar, e, através das curvas de forças obtidas foi
observado que ocorreu uma maior adesão na interação das sondas HYDRA – 100NG e ACT
–SS com pontas de si. Na segunda etapa, para cada sonda usada foram realizadas medidas
da interação com dois substratos diferentes: o vidro e a mica, em ar. Para esse caso, as
curvas de forças AFM mostraram que a adesão das sondas HYDRA – 100NG e ACT –SS sobre
a mica diminuiu enquanto que a adesão sobre a mica da sonda com ponta revestida com Pt,
ACCESS – EFM, aumentou. Na terceira etapa do experimento, para cada sonda e para cada
substrato foram realizadas as medidas em ar e em líquido, e em todas as curvas obtidas
foram observadas uma diminuição da força adesiva em relação às medidas feitas em ar.
Esses resultados são importantes, pois muitos estudos usando o AFM necessitam saber
como é o comportamento das forças de adesão nas interações ponta-substrato, como por
exemplo, a funcionalização de pontas e substratos para a construção de nanobiosensores
baseados em AFM. E, como perspectivas, levando em consideração os resultados obtidos,
os próximos passos serão rumo à fabricação de um nanobiosensor baseado em AFM
partindo da funcionalização de uma sonda HYDRA – 100NG e um substrato de mica,
realizando medidas em meio liquido.

Espalhamento de luz coerente por um meio desordenado, em geral, gera speckles exibindo estatísticas Rayleigh. A pesquisa sobre padrões de speckle foi desenvolvida ao longo dos anos. No caso especial de speckles não Rayleigh, basicamente seus padrões mantêm a estrutura espacial de um padrão granular aleatório, mas a distribuição de probabilidade da intensidade se desvia da estatística Rayleigh. Em nosso trabalho, propomos um método fácil e eficiente para gerar uma faixa contínua de valores de contraste correspondentes a speckles sub Rayleigh e super Rayleigh de campos exatos de speckles não difrativos não Rayleigh (ENRND). Os campos de speckle gerados são soluções exatas da equação escalar de Helmholtz. Usamos um algoritmo computacional para controlar a fase relativa das ondas planas de uma decomposição de ondas planas dos campos de speckle. Portanto, fomos capazes de gerar padrões de speckle mantendo características não difrativas e estatística não Rayleigh durante a propagação.

Neste trabalho, analisamos numericamente a capacidade de mistura de um novo tipo de
micromixer passivo planar, que utiliza colisões desequilibradas promovidas por subcanais
assimétricos com subcanais deslocados. As equações de Navier-Stokes, a equação de
continuidade e a equação de difusão-convecção foram resolvidas utilizando o método dos
elementos finitos. Dentre as condições de contorno utilizadas, sete escoamentos diferentes
foram testados, variando o número de Reynolds de 5 a 100. A principal característica dos
modelos propostos é a adoção de um deslocamento no mais largo dos subcanais
assimétricos. Esses deslocamentos apresentam constrições que alteram o campo de
velocidade, gerando linhas de fluxo mais velozes e vórtices secundários. Essas estruturas
hidrodinâmicas são capazes de aumentar a área de contato entre dois fluidos, favorecendo
sua mistura ao acelerar o processo de difusão. Três modelos de micromixers foram
propostos, onde cada micromixer possui um deslocamento diferente seguindo uma regra de
proporção. O índice de mistura, que é um parâmetro utilizado para medir a eficiência de
micromixers, e a queda de pressão para cada caso foram calculados e analisados. As
simulações mostraram que os deslocamentos geraram vórtices de recirculação e
modificaram o choque desequilibrado nas zonas de recombinação dos micromixers,
promovendo Advecção Caótica. Todos os três modelos propostos, e , obtiveram maiores
eficiências que o modelo de referência em todos os com exceção de . Para números de
Reynolds menores, médios e maiores, os micromixers , e apresentaram as maiores
eficiências, respectivamente, com atingindo um de mistura de 85% em . Enquanto teve as
menores quedas de pressão, obteve as maiores devido aos deslocamentos mais apertados.

Todas as questões, e situações, apresentadas nesta tese são complementares e misturam-se ao apontar as discussões para o seu tema principal. Estudamos as propriedades de transporte, emaranhamento quântico, coerência quântica, super-oscilações e surgimento de eventos extremos em caminhadas quânticas em tempo discreto (CQTDs). Para isso, foi preciso inserir alguns elementos como: aperiodicidade, não-linearidade, ruídos, desordem e campos artificiais. Iniciamos estudando como as propriedades de localização, espectro de energia e emaranhamento quântico entre os graus de liberdade de uma CQTDs são alteradas quando adicionados uma dependência espacial aperiódica nos operadores moedas quânticas. A aperiodicidade é descrita por moedas espacialmente dependentes das posições em uma cadeia 1D. Dentro das propriedades de transporte, identificamos dois regimes: caminhadas quânticas deslocalizadas e localizadas mediadas por um ajuste adequado do parâmetro que controla o grau de aperiodicidade da distribuição. Usando a análise de espectros de energia, mostramos que no estágio inicial a inomogeneidade leva a leva ao desaparecimento do (gap) entre duas bandas principais, o que justifica o caráter predominantemente deslocalizado. Para um grau de aperiodicidade suficientemente alto, observamos um espectro de energia, que se assemelha ao descrito pelo modelo unidimensional de Anderson. Em relação ao emaranhamento quântico do sistema, mostramos muitas configurações em que um aumento na capacidade de gerar emaranhamento é observado. Esse comportamento traz novas informações sobre o papel da aperiodicidade nessa correlação entre o espaço das posição e da moeda quântica para sistemas com inomogeneidade estática, contrastando com o relatado, outrora, como quase sempre reduzindo o emaranhamento quando comparado com o caso homogêneo. Por fim, estendemos a análise para mostrar que sistemas com heterogeneidade estática são capazes de exibir limite assintótico. Adiante, inserindo não-linearidade, estudamos a existência e caracterização de fenômenos de auto-aprisionamento em CQTDs. Ao considerar uma não-linearidade do tipo Kerr, associamos uma aquisição da fase dependente da densidade de probabilidade a cada instante de tempo. Ajustando o parâmetro não-linear e as moedas quânticas, mostramos a existência de diferentes regimes dinâmicos, incluindo aqueles com estruturas tipo sólitons viajantes ou localizados por auto-aprisionamento. Após o mapeamento de eventos não-lineares em CQTDs, propomos um modelo para estudarmos as consequências de termos ruídos e interação não-linear associados a um qubit se propagando em uma cadeia circular. Ao empregar medidas de coerência quântica, relatamos regimes instáveis emergentes nos quais surgem caminhadas quânticas, como auto-focalização e dinâmica de respiração. Ademais, estudamos a dinâmica de um caminhante quântico submetido simultaneamente a fases independentes e dependentes do tempo. Onde tal dinâmica emula uma partícula quântica carregada em uma rede submetida a uma superposição de campos elétricos estáticos e harmônicos. Com ajustes adequados, investigamos a possibilidade de induzir super-oscilações do tipo Bloch, resultantes de uma sintonia próxima da frequência da fase harmônica e aquela associada às oscilações do tipo Bloch. Além disso, mostramos que sob condições exatas de ressonância é possível estabelecer um movimento unidirecional. Mostramos que a velocidade média de deriva pode ser bem descrita dentro de um modelo análogo de tempo contínuo. Por fim, usamos a estrutura geral de caminhadas quânticas discretas no tempo para estudar as origens físicas de ondas traiçoeiras através de uma modulação de fase aleatória. Revelamos suas estatísticas de cauda longa, o perfil de distribuição e a dependência com o grau de aleatoriedade do sistema. Conseguimos classificar esses eventos extremos como pertencentes à família Gumbel de distribuições

O estudo da violação de simetria de Lorentz em teoria de campos tem ganhado muita atenção nos últimos anos, principalmente a partir da descoberta de que em teoria de cordas temos a possibilidade do surgimento de quebras espontâneas de simetria de Lorentz ao tomarmos o limite à baixas energias. Esses estudos motivaram a construção do modelo padrão estendido (MPE), que é, na verdade, uma extensão do modelo padrão (MP) usual, no qual se adicionam todos os possíveis termos que violam as simetrias de Lorentz e de CPT, respeitando a invariância de calibre. O MPE mínimo contém apenas termos renormalizáveis, enquanto o MPE não mínimo inclui todos os termos não renormalizáveis. Na primeira parte deste trabalho, estudamos a extensão não mínima da Eletrodinâmica Quântica (EDQ), considerando todos os operadores de violação de Lorentz (VL) de dimensão de massa d = 5, e investigamos a possibilidade da geração do termo de Carroll-Field-Jackiw (CFJ) e sua contraparte de altas derivadas em primeira ordem nas constantes de acoplamento não mínimas. Demonstramos explicitamente que não há geração do termo CFJ quando adotamos o esquema da regularização dimensional. Além disso, mostramos que as partes divergentes do termo de altas derivadas podem ser eliminadas ao considerarmos certas relações de proporcionalidade entre os coeficientes. Na segunda parte, consideramos a extensão de Horava-Lifshitz (HL) com z = 3 da EDQ, no qual incluímos o vetor axial b0,i que quebra a simetria CPT. Para este modelo, calculamos o termo CFJ em distintos esquemas de regularização e encontramos que o termo CFJ é finito, porém, ambíguo, pois depende do esquema de regularização empregado. Finalmente, calculamos o termo CFJ deste modelo utilizando a metodologia da integral funcional, no qual encontramos mais uma vez que o termo CFJ é finito, porém indeterminado.

A princípio considerado apenas impureza resultante da síntese de outro nanomaterial,
os pontos quânticos de carbono vem ganhando cada vez mais espaço em diversas áreas ci-
entíficas. Seja pelo seu tamanho diminuto, baixa citotoxicidade, propriedade luminescente,
síntese fácil de baixo custo e solúvel em água, logo foi ganhando aplicações variadas.
Sendo o mais jovem nanomaterial da família do carbono, ainda há muito o que compre-
ender referente aos mecanismos, as propriedades e as possibilidades de aplicações. A
propriedade mais importante dos pontos quânticos de carbono, e que acarretou em sua
descoberta, é a fluorescência, e é a partir dela que as investigações são encaminhadas.
Neste trabalho foi apresentado uma síntese de via única e simples, através do processo
de síntese hidrotermal, usando como material percursor a cisteina, que resulta em pontos
quânticos de carbono auto-dopados de oxigênio, nitrogênio e enxofre. Posteriormente, fo-
ram caracterizados e avaliado a sensibilidade frente a diferentes pHs, apresentando uma
sensibilidade eficiente entre os pHs 2 até 9, com possibilidade de aplicação em amostras
reais, e promovendo um controle em suas propriedades luminescentes. Essa variação foi
bem caracterizada, apresentando uma mudança não só na intensidade como no compri-
mento de onda de emissão da luminescência. A partir de várias técnicas conseguimos
compreender as causas desse efeito. Ainda foram feitos dispositivos de teste rápido para
análise do pH da água e em testes forenses para marcação digital. Os pontos quânticos de
carbono também foram utilizados como possível sonda de identificação das concentrações
micelares críticas (CMCs) de monômeros anfifílicos (surfactantes).

Carbon dots constituem uma nova classe de nanomateriais à base de carbono que vem
sendo objeto de um número cada vez mais crescente de pesquisas desde a sua descoberta
em 2004. Apresentado como uma alternativa ao uso de nanoestruturas metálicas e inorgânicas, suas propriedades fluorescentes, biocompatibilidade e baixo custo de produção
possibilitam seu uso em diversas áreas. No presente estudo, um método sintético hidrotérmico foi utilizado para produzir carbon dots derivados de 5-(dimetilamino)naftaleno-
1-sulfonilo (Cloreto de Dansil) co-dopados com Nitrogênio e Enxofre. Através de caracterização morfológica, foi possível identiccar a estrutura cristalina do núcleo e os grupos
funcionais presentes na superfíe da nanopartícula. A espectroscopia revelou uma fluorescência dependente da excitação para comprimentos de onda maiores que 400 nm. Análises
térmicas determinaram a dependência do espectro de emissão com a temperatura através de um aumento da intensidade proporcional ao aumento da temperatura da amostra,
o que foi associado ao fenômeno de cruzamento intersistema reverso, promovendo uma
fluorescência atrasada termicamente ativada. A sensibilidade térmica absoluta foi determinada em 1; 04oC-1 e a sensibilidade absoluta exibiu um crescimento de 0; 45oC-1 para
0; 55oC-1 no intervalo de temperaturas 20oC - 60oC. A possibilidade de aplicação dessa
estrutura como sensor térmico raciométrico foi investigada através da variação contínua
de temperatura da amostra em ciclos de aquecimento e resfriamento. Adicionalmente, foi
estudado o rendimento quântico de geração de oxigênio singleto pelos carbon dots com o
intuito de propor seu uso em técnicas como a Terapia fotodinâmica.

Como o cérebro processa as informações de estímulos externos para perceber o mundo e agir sobre ele é uma das maiores questões da neurociência. Para responder a essa questão, diferentes técnicas de análise de séries temporais foram empregadas para caracterizar aspropriedades estatísticas dos sinais cerebrais durante tarefas cognitivas. Normalmente, os processos específicos de resposta são tratados comparando-se o curso de tempo da média dos potenciais relacionados a eventos em diferentes tipos de tarefas. Aqui, analisamos dados de Potenciais de Campo Locais de macacos durante a discriminação de um padrão visual chamada tarefa Go/No-Go à luz dos quantificadores da teoria da informação. Mostramos que a metodologia de simbolização Bandt-Pompe para calcular a entropia e a complexida dos dados é uma ferramenta útil para distinguir as diferenças relacionadas à resposta entre os trials Go e No-Go. Propomos o uso de um índice de assimetria para validar estatisticamente as diferenças entre os tipos de trials. Além disso, usando a abordagem multi-escala e incorporando atrasos de tempo para reduzir a amostragem dos dados, podemos estimar as escalas de tempo importantes em que as informações relevantes são processadas.

Fenômenos não lineares, como instabilidade modulacional (IM) e auto-armadilhamento, estão presentes em alguns sistemas físicos tais como nas áreas de óptica, condensado de Bose-Einstein e física de plasma. Podemos observar IM em meios não lineares com efeitos dispersivos, ocorrendo quando adicionamos uma pequena perturbação na amplitude da função de onda e essa é amplificada. Já é estabelecido para uma cadeia sem saturação que o parâmetro de acoplamento não linear crítico acima do qual ocorre IM decai com o inverso do tamanho da cadeia. Com isto, usando o modelo de Holstein, o nosso objetivo é estudar a IM em um sistema não linear unidimensional, com não linearidade saturada. Para investigarmos a natureza desse fenômeno, resolvemos numericamente a equação de Schrödinger não linear discreta (ESNLD) com o auxilio do método numérico de Runge-Kutta de oitava ordem. Em nossos cálculos, fizemos uso da função participação, uma medida do grau de localização, e calculamos o módulo quadrado da função de onda, para observarmos o seu perfil. Resolvemos analiticamente a equação de Schrödinger não linear contínua, onde fizemos uma estimativa teórica para os valores críticos da não linearidade saturada. Encontramos que quando considerada a não linearidade saturada, o comportamento muda e esse parâmetro crítico decai com um termo proporcional ao inverso do tamanho da cadeia somado a outro termo que decai com o inverso do tamanho da cadeia ao quadrado. Mostramos também que o aumento da saturação promove o deslocamento dos parâmetros críticos de intensidade da não linearidade das transições já conhecidas no caso não saturado. 

Um campo policromático parcialmente coerente foi espalhado por um material com simetria PT. O corpo espalhador foi descrito como uma esfera gaussiana e observamos o comportamento do campo espalhado em um ponto distante. A análise foi feita considerando o formalismo da coerência clássica e assumindo a validade da aproximação de Born. Os resultados mostraram que mudanças espectrais induzidas pelas correlações são fortemente dependentes das propriedades de ganho e perda do material. Por exemplo, a frequência central da densidade espectral do campo espalhado apresentou um comportamento descontínuo em função do parâmetro não hermitiano que caracteriza as propriedades de ganho e perda do material. A razão desta descontinuidade foi o fato de que a introdução da não hermiticidade no sistema gera uma raiz dentro do espectro de frequências hermitiano, ocorrendo desta forma uma separação do espectro em duas partes assimétricas. Outro ponto observado foi que as propriedades de ganho e perda do material introduzem novas direções de espalhamento que não eram possíveis no caso hermitiano.

Nós estudamos a dinâmica de emaranhamento em uma rede de cavidades acopladas, onde cada cavidade contém um átomo de dois níveis, através do Hamiltoniano de Jaynes-Cummings-Hubbard (JCH) no subespaço de uma excitação. O modelo possui uma rica gama de regimes dinâmicos que podem ser usados para o controle do emaranhamento. O protocolo se baseia em preparar um único átomo excitado no centro da cadeia e deixá-lo evoluir naturalmente seguindo a dinâmica do Hamiltoniano. Nós focamos na concorrência entre pares de átomos e sua relação com as correlações átomo-campo e os modos de campo livre envolvidos. Nós mostramos que a extensão e a distribuição do emaranhamento de pares podem ser manipuladas através da sintonização do acoplamento átomo-cavidade. De modo geral, nosso trabalho oferece considerações compreensivas e sobre o funcionamento do Hamiltoniano JCH e a contribuição no design de redes quânticas híbridas de luz e matéria.

No presente trabalho, investigamos as transições de fase em sistemas líquido-cristalinos que envolvem a fase esmética-C sob efeito de um campo elétrico externo. Inicialmente, foi realizada uma revisão do modelo teórico de Maier-Saupe, que descreve a transição nemática-isotrópica, onde determinamos o comportamento do parâmetro de ordem, que vai à zero de forma abrupta na temperatura de transição. Em seguida, abordamos o modelo de McMillan, que é uma extensão do modelo de Maier-Saupe, incluindo a transição esmética-A-nemática em nosso estudo. Com este modelo determinamos o comportamento dos parâmetros de ordem em função da temperatura e reproduzimos o diagrama de fases. Além desses dois conhecidos modelos, incluímos no trabalho uma breve revisão do modelo desenvolvido por Govind e Madhusudana, que descreve a transição de fase esmética-C - esmética-A. Este modelo nos motivou a estudar mais a fundo a fase esmética-C, o que nos fez propor um novo modelo teórico sobre a fase líquido cristalina em questão. Com o nosso modelo foi possível determinar as propriedades do sistema, o que nos possibilitou uma análise e descrição mais completa das transições de fase que envolvem a fase esmética-C, além de utilizar uma quantidade menor de parâmetros descritivos do modelo. Por fim, analisamos o efeito de um campo elétrico externo nas transições de fase que envolvem a fase Sm-C, estudando as alterações nas propriedades termodinâmicas e estatísticas do sistema sob tal efeito.

Esta tese investiga os efeitos da superfície e de tamanho finito nas transições de fase defilmes livremente suspensos e os efeitos de campo elétrico no bulk na fase esmética-C. Inicialmente, é feita uma revisão dos modelos microscópicos existentes e amplamente utilizados para a descrição das transições de fase em sistemas lineares apresentando fases nemática e esmética-A. Em seguida, revisamos o modelo desenvolvido por Govind e Madhusudana, descrevendo a transição de fase do esmética-C–esmética-A. Motivados por sua abordagem, propomos um novo modelo teórico para descrever as transições de fase em sistemas que apresentam a fase esmética-C. Usando um potencial de campo médio para uma partícula, mostramos que o diagrama de fase de compostos líquidos-cristalinos com um pequeno dipolo transversal pode ser razoavelmente descrito quando a contração das camadas esméticas induzida pela inclinação das moléculas é considerada e com um número reduzido de parâmetros do modelo. Com o objetivo de estender o modelo proposto para filmes livremente suspensos, o modelo de McMillan-Mirantsev para filmes livremente suspensos na fase esmética-A é revisado. O modelo introduzido por Mirantsev mostra que o ancoramento superficial estabiliza a fase esmética para temperaturas acima da temperatura de transição do bulk. Considerando um perfil do ângulo de inclinação e uma versão discreta do potencial de campo médio para uma partícula, a interação do ancoramento superficial e os efeitos de tamanho finito afetam o comportamento dos parâmetros de ordem nos filmes livremente suspensos na fase esmética-C. A temperatura de transição mostra-se dependente do ordenamento da superfície e da espessura do filme. A ordem orientacional imposta pelo ancoramento superficial estabiliza o parâmetro de ordem de inclinação na superfície do filme acima da temperatura de transição esmética-C–esmética-A do bulk. As camadas superficiais consequentemente permanecem na fase de esmética-C, enquanto as camadas centrais sofrem uma transição de fase de esmética-C–esmética-A. O efeito de um campo elétrico externo é considerado em amostras no bulk da fase esmética-C, induzindo uma reorientação do vetor diretor possibilitando a supressão da fase isotrópica e o aparecimento de fases nemáticas residuais e induzidas pelo campo.

A sincronização de sistemas não lineares tem sido amplamente estudada em diversos sistemas, como por exemplo, físicos e biológicos. Em particular, um tipo não usual de sincronização, chamada sincronização antecipada (AS, do inglês anticipated synchronization) , foi descoberta por Voss onde dois sistemas dinâmicos estavam acoplados unidirecionalmente. Este regime de AS pode ocorrer quando um sistema dinâmico “transmissor"descrito por um conjunto de equações diferenciais ordinárias está acoplado unidirecionalmente a um sistema “receptor"descrito pelas mesmas equações mas que está sujeito a uma retroalimentação atrasada e negativa. Nesses casos, AS é caracterizado por uma diferença de fase negativa entre o transmissor e o receptor. Recentemente foi reportado por Matias que a atividade elétrica de regiões corticais do cérebro de macacos pode exibir este tipo de sincronização durante a realização de tarefas cognitivas e motoras. Neste trabalho, estudamos um modelo de populações de neurônios de Izhikevich que podem apresentar tanto o regime de AS, como o regime usual de sincronização com atraso (DS, do inglês delayed synchronization), caracterizado por uma diferença de fase positiva. Neste modelo cada neurônio recebe um ruído externo, simulando sinapses excitatórias vindas de outras regiões cerebrais, que obedecem uma distribuição de Poisson. Mostramos que para um conjunto de parâmetros biologicamente plausíveis, este modelo apresenta um regime bi-estável entre DS e AS. Verificamos ainda que as propriedades desta bi-estabilidade dependem da relação entre as condutâncias sinápticas da população receptora, do acoplamento unidirecional, e do ruído. Além disso, sugerimos que essa populações podem ser um modelo simples mas biologicamente plausível para regiões corticais durante a percepção de estímulos bi-estáveis.

O uso de nanopartículas luminescentes tem crescido excepcionalmente nos dias atuais, para várias aplicações: para bioimageamento por fluorescência, como eficientes biomarcadores em tecidos de pequenos animais, bem como de células individuais, incluindo células cancerígenas, e como nanotermômetros. Entre as nanopartículas que são usadas para nanotermometria, destacam-se as que são dopadas com íons terra raras como o Yb³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Ho³⁺ e Nd³⁺. Mas, em geral, elas apresentam um baixo valor para a sensibilidade térmica relativa. Assim, para obter um aumento na sensibilidade térmica relativa das nanopartículas dopadas com íons terra raras, fizemos aqui a proposta de uma nova forma de se usar as emissões delas para medir a temperatura, no caso, propusemos que sejam feitas a razão de emissões associadas a quatro picos de emissão, tomando a razão entre pares de picos, usando uma razão de intensidade que cresça com a temperatura e outra que diminua, para ter assim uma razão entre pares de emissões. Com esta nova abordagem mostramos teoricamente, e experimentalmente, que o resultado será a soma das sensibilidades térmicas de cada par de pico. Para comprovar esta proposta, sintetizamos sete amostras (nanocristais) tipo núcleo-casca, sendo que em algumas amostras fizemos duas cascas e em outras apenas uma; elas foram dopadas com os íons Yb³⁺, Tm³⁺, Er³⁺ e Nd³⁺. A nanopartícula LaF₃:YbTm@YbNd foi a que apresentou o maior valor para a máxima sensibilidade térmica relativa, no caso, 4,0%K^-1 em 29 °C, quando comparado as outras amostras que sintetizamos. Este valor obtido é bem superior ao presente na literatura para um sistema codopado com Yb³⁺ e Tm³⁺, chegando a ser praticamente o dobro do valor reportado em alguns casos pela literatura. Obtivemos também um bom valor para a sensibilidade térmica relativa para a amostra LaF₃:YbTm@YbEr@YbNd, cujo valor foi igual a 3,00%K^-1 em 30°C. Por fim, esperamos que nosso trabalho possa contribuir para o uso das nanopartículas dopadas com íons terras raras para uso em nanotermometria.

Propriedades de transporte eletrônico em sistemas de elétrons interagentes e um tema central dentro da física de estado sólido. Entretanto, aléem do elevado custo computacional, tais sistemas podem apresentar restrições ao considerar méetodos perturbativos. Neste cenáario, modelos de baixa densidade eletrônica têm se mostrado uma boa alternativa para o estudo mostrando-se capaz de resgatar aspectos importantes presentes em sistemas de muitas partículas interagentes. Um desses fenômenos é o enfraquecimento da localização de Anderson promovido pela interação elétron-eléetron. Tal fenomenologia foi reportada inicialmente em estudos experimentais de correntes persistentes em anéis mesoscópicos. Entretanto, comportamentos semelhantes estão presentes em férmions em redes óticas, condensados ultra frios, modelos de Anderson-Hubbard em 1D, 2D e 3D, e vidros de Coulomb 2D, sugerindo algum grau de competição entre desordem e interação. Entre os trabalhos sobre esta temática, destacamos o trabalho de Dias e Lyra[Physica A 411 (2014) 35-41], que estudaram dois elétrons se movendo em um potencial desordenado unidimensional e mostraram uma influência não monotônica da interação elétron-elétron na localização de Anderson. Outro fenômeno interessante que surge da proposta de baixa densidade eletrônica e o dobramento da frequência de Bloch causado pela interação entre elétrons em sistemas 1D, indo de encontro com resultados de muitos corpos que mostravam que a interação atua destrutivamente nas oscilações de Bloch. O resultado do dobramento foi previsto teoricamente pelo trabalho de Dias e colaboradores[Phys. Rev. B 76 (2007) 155124] e confirmado mais tarde experimentalmente[Science 347 (2015) 1229{1233]. No corpo desta dissertação apresentamos estudos envolvendo os dois cenários. Em um primeiro momento, nos investigamos a existência do caráter não monotônico da localização de Anderson em redes unidimensionais com desordem estrutural. Posteriormente, apresentamos nossos estudos considerando as oscilações de Bloch para sistemas de elétrons interagentes, considerando agora a inclusão de um termo de interação entre as partículas não-local. Os dois sistemas estudados mostram o papel relevante que a interação pode desempenhar sobre a dinâmica dos elétrons. Os resultados revelam aspectos competitivos entre diferentes estados eletrônicos presentes no sistema.

Neste trabalho, investigamos os efeitos do aumento da concentração de 𝑌b3+ e da temperatura nas propriedades estruturais e ópticas de nanocristais (NCs) à base de fluoretos (𝐶𝑎𝐹2, 𝐿𝑎𝐹3 e 𝑁𝑎𝑌𝐹4) co-dopados com 𝑌b3+ /𝑇𝑚3+ sob excitação anti- Stokes em 1064 𝑛𝑚. Para isso, foram sintetizados conjuntos de amostras variando a concentração de 𝑌b3+ (2, 10,20 e 40 𝑚𝑜𝑙%) e mantendo fixa a de 𝑇𝑚3+ em 0,5 𝑚𝑜𝑙%. Inicialmente analisamos as propriedades estruturais por meio de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Na sequência, os processos de Conversão Ascendente de Energia (CAE) na região espectral de 400 a 900 𝑛𝑚 foram investigados, onde observamos o efeito da concentração de 𝑌b3+ sob excitação anti-Stokes. Comparativamente, os espectros de emissão por CAE das amostras de 𝐶𝑎𝐹2 e 𝑁𝑎𝑌𝐹4 tiveram comportamentos parecidos com o aumento da concentração de 𝑌b3+, sendo as amostras dopadas com 10 e 20 𝑚𝑜𝑙% as melhores para CAE, ou seja, esses NCs apresentaram quenching de concentração, o que não ocorreu com os NCs de 𝐿𝑎𝐹3. Uma observação importante foi o aumento das emissões por CAE com a temperatura para todas as concentrações, o que potencializa aplicações como imageamentos fluorescente e térmico. Por fim, investigamos o potencial dos NCs como nanosensores térmicos com base nas propriedades ópticas, usando a abordagem de razão de intensidade de fluorescência(RIF), no intervalo de temperatura de 313 a 473 K (40° C a 200 °C), sob excitação anti-Stokes. Em relação aos resultados de nanotermometria, todas as bandas de emissão aumentaram com a temperatura, sendo esse aumento da CAE atribuído ao processo de excitação anti- Stokes assistido por fônons, o qual é fortemente dependente da temperatura. RIF de várias bandas foram investigadas com o propósito de obter o melhor sensor térmico e, por fim, não foram encontradas grandes diferenças na sensibilidade térmica relativa (𝑆𝑟) dos nanotermômetros ópticos, com o aumento da concentração de 𝑌b3+, mas sim evoluções distintas com a temperatura. Acreditamos que tais resultados se devem ao fato desses NCs apresentarem energias de fônons muito parecidas (são todos fluoretos), embora apresentem rendimentos fluorescentes bem distintos.