Growth of EuTe islands on SnTe by molecular beam epitaxy

Semiconductor magnetic quantum dots are very promising structures, with novel properties that find multiple applications in spintronic devices. EuTe is a wide gap semiconductor with NaCl structure, and strong magnetic moments S=7/2 at the half filled 4f(7) electronic levels. On the other hand, SnTe is a narrow gap semiconductor with the same crystal structure and 4% lattice mismatch with EuTe. In this work, we investigate the molecular beam epitaxial growth of EuTe on SnTe after the critical thickness for island formation is surpassed, as a previous step to the growth of organized magnetic quantum dots. The topology and strain state of EuTe islands were studied as a function of growth temperature and EuTe nominal layer thickness. Reflection high energy electron diffraction (RHEED) was used in-situ to monitor surface morphology and strain state. RHEED results were complemented and enriched with atomic force microscopy and grazing incidence X-ray diffraction measurements made at the XRD2 beamline of the Brazilian Synchrotron. EuTe islands of increasing height and diameter are obtained when the EuTe nominal thickness increases, with higher aspect ratio for the islands grown at lower temperatures. As the islands grow, a relaxation toward the EuTe bulk lattice parameter was observed. The relaxation process was partially reverted by the growth of the SnTe cap layer, vital to protect the EuTe islands from oxidation. A simple model is outlined to describe the distortions caused by the EuTe islands on the SnTe buffer and cap layers. The SnTe cap layers formed interesting plateau structures with easily controlled wall height, that could find applications as a template for future nanostructures growth. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Crystal Engineering of an Anti-HIV Drug Based on the Recognition of Assembling Molecular Frameworks

A rational strategy was employed for design of an orthorhombic structure of lamivudine with maleic acid. On the basis of the lamivudine saccharinate structure reported in the literature, maleic acid was chosen to synthesize a salt with the anti-HIV drug because of the structural similarities between the salt formers. Maleic acid has an acid-ionization constant of the anti first proton and an arrangement of their hydrogen bonding functionalities similar to those of saccharin. Likewise, there is a saccharin-like conformational rigidity in maleic acid because of the hydrogen-bonded ring formation and the Z-configuration around the C=C double bond. As was conceivably predicted, lamivudine maleate assembles into a structure whose intermolecular architecture is related to that of saccharinate salt of the drug. Therefore, a molecular framework responsible for crystal assembly into a lamivudine saccharinate-like structure could be recognized in the salt formers. Furthermore, structural correlations and structure-solubility relationships were established for lamivudine maleate and saccharinate. Although there is a same molecular framework in maleic acid and saccharin, these salt formers are Structurally different in some aspects. When compared to saccharin, neither out-of-plane SO(2) oxygens nor a benzene group occur in maleic acid. Both features could be related to higher solubility of lamivudine maleate. Here, we also anticipate that multicomponent molecular crystals of lamivudine with other salt formers possessing the molecular framework responsible for crystal assembly can be engineered successfully.

Photoluminescence of SrTiO3: Influence of Particle Size and Morphology

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Quantum Mechanics Insight into the Microwave Nucleation of SrTiO3 Nanospheres

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Novel Aspects of the Purpose-Built Materials Strategy: Evidence of Topographic Template Effect and Oriented Attachment Growth Mechanism

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Role of the oriented attachment mechanism in the phase transformation of oxide nanocrystals

Bottom-up methods to obtain nanocrystals usually result in metastable phases, even in processes carried out at room temperature or under soft annealing conditions. However, stable phases, often associated with anisotropic shapes, are obtained in only a few special cases. In this paper we report on the synthesis of two well-studied oxides-titanium and zirconium oxide-in the nanometric range, by a novel route based on the decomposition of peroxide complexes of the two metals under hydrothermal soft conditions, obtaining metastable and stable phases in both cases through transformation. High-resolution transmission electron microscopy analysis reveals the existence of typical defects relating to growth by the oriented attachment mechanism in the stable crystals. The results suggest that the mechanism is associated to the phase transformation of these structures.

Anisotropy of crystallite growth during sintering of SnO2 xerogels

The crytallite and pore-size evolution during isothermal sintering (400 ≤ T ≤ 700°C) of SnO2 xerogels was studied by X-ray line broadening and nitrogen adsorption-desorption isotherms. The experimental results show a strong anisotropy of crystallite growth between [110] and [101] directions. The preferential growth at [101] is followed by an increase in the mean pore size, reduction of the specific surface area and invariance of total pore volume. This behaviour is typical of grain coalescence sintering. The kinetic analysis of experimental results suggests that the crystallite coalescence at [101] is governed by lattice diffusion. The strong anisotropy of the growth causes pore-size distribution broadening, hindering the macroscopic shrinkage of the compact during sintering. © 1996 Chapman & Hall.

Particle growth during calcination of polycation oxides synthesized by the polymeric precursors method

The particle-growth kinetics of sodium niobate and zirconium titanate powders that were processed by the polymeric precursors method were studied. The growth kinetics that were studied for the particle, in the final stage of crystallization, showed that the growth process occurs in two different stages. For temperatures <800°C, the particle-growth mechanism is associated with surface diffusion, with an activation energy in the range of 40-80 KJ/mol. For temprratures >800°C, particle growth is controlled by densification of the nanometric particle cluster and by a neck-size-controlled particle-growth mechanism. The results suggest that this behavior was typical of the synthesis method, because two different polycation oxides presented the same behavior.

Growth mechanism and photocatalytic properties of SrWO4 microcrystals synthesized by injection of ions into a hot aqueous solution

This paper reports our initial research to obtain SrWO4 microcrystals by the injection of ions into a hot aqueous solution and their photocatalytic (PC) properties. These microcrystals were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinements and Fourier transform (FT)-Raman spectroscopy. The shape and average size of these SrWO 4 microcrystals were observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and transmission electron microscopy (TEM). In addition, we have investigated the PC activity of microcrystals for the degradation of rhodamine B (RhB) and rhodamine 6G (Rh6G) dyes. XRD patterns, Rietveld refinement data and FT-Raman spectroscopy confirmed that SrWO4 microcrystals have a scheelite-type tetragonal structure without deleterious phases. FT-Raman spectra exhibited 12 Raman-active modes in a range from 50 to 1000 cm-1. FE-SEM and TEM images suggested that the SrWO4 microcrystals (rice-like - 95%; star-, flower-, and urchin-like - 5%) were formed by means of primary/secondary nucleation events and self-assembly processes. Based on these FE-SEM/TEM images, a crystal growth mechanism was proposed and discussed in details in this work. Finally, a good PC activity was first discovered of the SrWO4 microcrystals for the degradation of RhB after 80 min and Rh6G after 50 min dyes under ultraviolet-light, respectively. © 2012 The Society of Powder Technology Japan. Published by Elsevier B.V. and The Society of Powder.

Morfologias de óxido de cobre (II) na mesoescala: síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas, mecanismo de crescimento e atividade catalítica na reação de desidrogenação do etanol

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Protonation Pattern, Tautomerism, Conformerism, and Physicochemical Analysis in New Crystal Forms of the Antibiotic Doxycycline

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo da modificação da fotoluminescência em α-Bi2O3 após tratamento térmico assistido por pressão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Quantum Mechanics Insight into the Microwave Nucleation of SrTiO3 Nanospheres

An extensive investigation of strontium titanate, SrTiO3 (STO), nanospheres synthesized via a microwave-assisted hydrothermal (MAH) method has been conducted to gain a better insight into thermodynamic, kinetic, and reaction phenomena involved in STO nucleation and crystal growth processes. To this end, quantum chemical modeling based on the density functional theory and periodic super cell models were done. Several experimental techniques were employed to get a deep characterization of structural and optical features of STO nanospheres. A possible formation mechanism was proposed, based on dehydration of titanium and strontium clusters followed by mesoscale transformation and a self-assembly process along an oriented attachment mechanism resulting in spherical like shape. Raman and XANES analysis renders a noncentrosymmetric environment for the octahedral titanium, while infrared and first order Raman modes reveal OH groups which are unsystematically incorporated into uncoordinated superficial sites. These results seem to indicate that the key component is the presence of distorted TiO6 clusters to engender a luminescence property. Analysis of band structure, density Of states, and charge map shows that there is a close relationship among local broken symmetry, polarization, and energy split of the 3d orbitals of titanium. The interplay among these electronic and structural features provides necessary conditions to evaluate its luminescent properties under two energy excitation.

Experimental investigation into the effect of stress on dissolution and growth of very soluble brittle salts in aqueous solution

Das Studium der Auflösungs- und Wachstumsprozesse an Feststoff-Flüssigkeits-Grenzflächen unter nicht-hydrostatischen Beanspruchungen ist wesentlich für das Verständnis von Defor-mationsprozessen, die in der Erde ablaufen. Unter diesen genannten Prozessen gehört die Drucklösung zu den wichtigsten duktilen Deformationsprozessen, von der Diagenese bishin zur niedrig- bis mittelgradigen metamorphen Bedingungen. Bisher ist allerdings wenig darüber bekannt, welche mechanischen, physikalischen oder chemischen Potentialenergie-Gradienten die Drucklösung steuern. I.a. wird angenommen, daß die Drucklösung durch Un-terschiede kristallplastischer Verformungsenergien oder aber durch Unterschiede der Normal-beanspruchung an Korngrenzen gesteuert wird. Unterschiede der elastischen Verformungs-energien werden dabei allerdings als zu gering erachtet, um einen signifikanten Beitrag zu leisten. Aus diesem Grund werden sie als mögliche treibende Kräfte für die Drucklösung vernachlässigt. Andererseits haben neue experimentelle und theoretische Untersuchungen gezeigt, daß die elastische Verformung in der Tat einen starken Einfluß auf Lösungs- und Wachstumsmechanismen von Kristallen in einer Lösung haben kann. Da die in der Erdkruste vorherrschenden Deformationsmechanismen überwiegend im elastischen Verformungsbereich der Gesteine ablaufen, ist es sehr wichtig, das Verständnis für die Effekte, die die elastische Verformung verursacht, zu erweitern, und ihre Rolle während der Deformation durch Drucklösung zu definieren. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Experimenten, bei denen der Effekt der mechanisch kompressiven Beanspruchung auf Lösungs- und Wachstumsprozesse von Einzelkristallen unterschiedlicher, sehr gut löslicher, elastisch/spröder Salze untersucht wurde. Diese Salze wurden als Analoga gesteinsbildender Minerale wie Quarz und Calcit ausgewählt. Der Einfluß von Stress auf die Ausbildung der Oberflächenmikrostrukturen in einer untersättigten Lösung wurde an Kaliumalaun untersucht.Lösungsrillen (20 – 40 µm breit, 10 – 40 µm tief und 20 – 80 µm Abstand) entwickelten sich in den Bereichen, in denen die Beanspruchung im Kristall am größten war. Sie verschwanden wieder, sobald der Kristall entlastet wurde. Diese Rillen entwickelten sich parallel zu niedrig indizierten kristallographischen Richtungen und sub-perpendikular zu den Trajektorien, die der maximalen, lokalen kompressiven Beanspruchung entsprachen. Die Größe der Lösungsrillen hing von der lokalen Oberflächenbeanspruchung, der Oberflächenenergie und dem Untersättigungsgrad der wässrigen Lösung ab. Die mikrostrukturelle Entwicklung der Kristalloberflächen stimmte gut mit den theoretischen Vorhersagen überein, die auf den Modellen von Heidug & Leroy (1994) und Leroy & Heidug (1994) basieren. Der Einfluß der Beanspruchung auf die Auflösungsrate wurde an Natriumchlorat-Einzelkristallen untersucht. Dabei wurde herausgefunden, daß sich gestresste Kristalle schneller lösen als Kristalle, auf die keine Beanspruchung einwirkt. Der experimentell beobachtete Anstieg der Auflösungsrate der gestressten Kristalle war ein bis zwei Größenordnungen höher als theoretisch erwartet. Die Auflösungsrate stieg linear mit dem Stress an, und der Anstieg war um so größer, je stärker die Lösung untersättigt war. Außerdem wurde der Effekt der Bean-spruchung auf das Kristallwachstum an Kaliumalaun- und Kaliumdihydrogenphosphat-Ein-zelkristallen untersucht. Die Wachstumsrate der Flächen {100} und {110} von Kalium-alaun war bei Beanspruchung stark reduziert. Für all diese Ergebnisse spielte die Oberflächenrauhigkeit der Kristalle eine Schlüsselrolle, indem sie eine nicht-homogene Stressverteilung auf der Kristalloberfläche verursachte. Die Resultate zeigen, daß die elastische Verformung eine signifikante Rolle während der Drucklösung spielen kann, und eine signifikante Deformation in der oberen Kruste verursachen kann, bei Beanspruchungen, die geringer sind, als gemeinhin angenommen wird. Somit folgt, daß die elastische Bean-spruchung berücksichtigt werden muß, wenn mikrophysikalische Deformationsmodelle entwickelt werden sollen.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.