Defects in ZnO nanoparticles laser-ablated in water-ethanol mixtures at different pressures

The effect of liquid medium and its pressure on the photoluminescence of ZnO nanoparticles prepared via laser ablation of Zn targets in various water-ethanol mixtures is studied. As the ethanol content increases, the photoluminescence of the product changes, while metallic zinc is observed to emerge in nanomaterials prepared in ethanol-rich environments. The applied pressure had a less profound effect, mainly affecting materials produced in water or water-ethanol, and much less those generated in pressurized ethanol. Tuning the reactivity of the liquid and pressurizing it during laser ablation is demonstrated to be promising for tailoring the emission properties of the product.

Robust and high current cold electron source based on carbon nanotube field emitters and electron multiplier microchannel plate

The aim of this research was to demonstrate a high current and stable field emission (FE) source based on carbon nanotubes (CNTs) and electron multiplier microchannel plate (MCP) and design efficient field emitters. In recent years various CNT based FE devices have been demonstrated including field emission displays, x-ray source and many more. However to use CNTs as source in high powered microwave (HPM) devices higher and stable current in the range of few milli-amperes to amperes is required. To achieve such high current we developed a novel technique of introducing a MCP between CNT cathode and anode. MCP is an array of electron multipliers; it operates by avalanche multiplication of secondary electrons, which are generated when electrons strike channel walls of MCP. FE current from CNTs is enhanced due to avalanche multiplication of secondary electrons and in addition MCP also protects CNTs from irreversible damage during vacuum arcing. Conventional MCP is not suitable for this purpose due to the lower secondary emission properties of their materials. To achieve higher and stable currents we have designed and fabricated a unique ceramic MCP consisting of high SEY materials. The MCP was fabricated utilizing optimum design parameters, which include channel dimensions and material properties obtained from charged particle optics (CPO) simulation. Child Langmuir law, which gives the optimum current density from an electron source, was taken into account during the system design and experiments. Each MCP channel consisted of MgO coated CNTs which was chosen from various material systems due to its very high SEY. With MCP inserted between CNT cathode and anode stable and higher emission current was achieved. It was ∼25 times higher than without MCP. A brighter emission image was also evidenced due to enhanced emission current. The obtained results are a significant technological advance and this research holds promise for electron source in new generation lightweight, efficient and compact microwave devices for telecommunications in satellites or space applications. As part of this work novel emitters consisting of multistage geometry with improved FE properties were was also developed.

The role of glass modifiers in the solubility of Tm3+ ions in As2S3 glasses

Au cours des années une variété des compositions de verre chalcogénure a été étudiée en tant qu’une matrice hôte pour les ions Terres Rares (TR). Pourtant, l’obtention d’une matrice de verre avec une haute solubilité des ions TR et la fabrication d’une fibre chalcogénure dopée au TR avec une bonne qualité optique reste toujours un grand défi. La présente thèse de doctorat se concentre sur l’étude de nouveaux systèmes vitreux comme des matrices hôtes pour le dopage des ions TR, ce qui a permis d’obtenir des fibres optiques dopées au TR qui sont transparents dans l’IR proche et moyenne. Les systèmes vitreux étudiés ont été basés sur le verre de sulfure d’arsenic (As2S3) co-dopé aux ions de Tm3+ et aux différents modificateurs du verre. Premièrement, l’addition de Gallium (Ga), comme un co-dopant, a été examinée et son influence sur les propriétés d’émission des ions de Tm a été explorée. Avec l’incorporation de Ga, la matrice d’As2S3 dopée au Tm a montré trois bandes d’émission à 1.2 μm (1H5→3H6), 1.4 μm (3H4→3F4) et 1.8 μm (3F4→3H6), sous l’excitation des longueurs d’onde de 698 nm et 800 nm. Les concentrations de Tm et de Ga ont été optimisées afin d’obtenir le meilleur rendement possible de photoluminescence. À partir de la composition optimale, la fibre Ga-As-S dopée au Tm3+ a été étirée et ses propriétés de luminescence ont été étudiées. Un mécanisme de formation structurale a été proposé pour ce système vitreux par la caractérisation structurale des verres Ga-As-S dopés au Tm3+, en utilisant la spectroscopie Raman et l’analyse de spectrométrie d’absorption des rayons X (EXAFS) à seuil K d’As, seuil K de Ga et seuil L3 de Tm et il a été corrélé avec les caractéristiques de luminescence de Tm. Dans la deuxième partie, la modification des verres As2S3 dopés au Tm3+, avec l’incorporation d’halogénures (Iode (I2)), a été étudiée en tant qu’une méthode pour l’adaptation des paramètres du procédé de purification afin d’obtenir une matrice de verre de haute pureté par distillation chimique. Les trois bandes d’émission susmentionnées ont été aussi bien observées pour ce système sous l’excitation à 800 nm. Les propriétés optiques, thermiques et structurelles de ces systèmes vitreux ont été caractérisées expérimentalement en fonction de la concentration d’I2 et de Tm dans le verre, où l’attention a été concentrée sur deux aspects principaux: l’influence de la concentration d’I2 sur l’intensité d’émission de Tm et les mécanismes responsables pour l’augmentation de la solubilité des ions de Tm dans la matrice d’As2S3 avec l’addition I2.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.

An In-Depth Study of the Barkhausen Emission Signal Properties of the Plastically Deformed Fe-2%Si Alloy

This paper presents the results of the in-depth study of the Barkhausen effect signal properties for the plastically deformed Fe-2%Si samples. The investigated samples have been deformed by cold rolling up to plastic strain epsilon(p) = 8%. The first approach consisted of time-domain-resolved pulse and frequency analysis of the Barkhausen noise signals whereas the complementary study consisted of the time-resolved pulse count analysis as well as a total pulse count. The latter included determination of time distribution of pulses for different threshold voltage levels as well as the total pulse count as a function of both the amplitude and the duration time of the pulses. The obtained results suggest that the observed increase in the Barkhausen noise signal intensity as a function of deformation level is mainly due to the increase in the number of bigger pulses.

Soil CO2 emission and its relation to soil properties in sugarcane areas under Slash-and-burn and Green harvest

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Carbon dioxide emission related to chemical properties of a tropical bare soil

In this work the relationship between CO2 emissions and the soil properties of a tropical Brazilian bare soil was investigated. Carbon dioxide emissions were measured on three different days at different soil temperature and the soil moisture conditions, and the soil properties were investigated at the same points that emissions were measured. The soil CO2 emissions were correlated to carbon content, cation exchange capacity and free iron content at the 65 points studied in an area of 100 x 100 m located in southern Brazil. (C) 2000 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

On the spatial and temporal dependence of CO2 emission on soil properties in sugarcane (Saccharum spp.) production

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The influence of SiO2 content on spectroscopic properties and laser emission efficiency of Yb3+-Er3+ co-doped calcium aluminosilicate glasses

We have studied the influence of SiO2 content on the spectroscopic properties and laser emission efficiency of Yb3+-Er3+ co-doped calcium aluminosilicate glasses. An increase in SiO2 content resulted in higher phonon energy, which reduced the up-conversion emission, enhanced the energy transfer efficiency up to 70 % from Yb3+ to Er3+, and enhanced the optical quality. All these results led to an increase from 20 to 30 % in the laser emission efficiency.

Emissive Langmuir Probes in the Strong Emission Regime for the Determination of the Plasma Properties

The determination of the plasma potential Vpl of unmagnetized plasmas by using the floating potential of emissive Langmuir probes operated in the strong emission regime is investigated. The experiments evidence that, for most cases, the electron thermionic emission is orders of magnitude larger than the plasma thermal electron current. The temperature-dependent floating potentials of negatively biased Vpmenor queVpl emissive probes are in agreement with the predictions of a simple phenomenological model that considers, in addition to the plasma electrons, an ad-ditional electron group that contributes to the probe current. The latter would be constituted by a fraction of the repelled electron thermionic current, which might return back to the probe with a different energy spectrum. Its origin would be a plasma potential well formed in the plasma sheath around the probe, acting as a virtual cathode or by collisions and electron thermalization pro-cesses. These results suggest that, for probe bias voltages close to the plasma potential Vp?Vpl, two electron populations coexist, i.e., the electrons from the plasma with temperatureTeand a large group of returned thermionic electrons. These results question the theoretical possibility of measuring the electron temperature by using emissive probes biased to potentials Vp about lower equal than ?Vpl.

Photophysical properties and quantum chemical studies of poly(2,7-9,9'-dihexylfluorene-dyil)

This work reports the photophysical properties (excitation and fluorescence spectra, fluorescence quantum yield, fluorescence lifetimes) of the poly(2,7-9,9'-dihexylfluorene-dyil) in dilute solutions of four solvents (toluene, tetrahydrofuran, chloroform and ethyl acetate) as well as the properties in solid state. Photoluminescence showed spectra characteristic of disordered α-backbone chain conformation. Simulation of the electronic absorption spectra of oligomers containing 1 to 11 mers showed that the critical conjugation length is between 6 and 7 mers. We also estimated the theoretical dipole moments which indicated that a coil conformation is formed with 8 repeating units per turn. We also showed that some energy transfer process appears in solid state which decreases the emission lifetime. Furthermore, based on luminescent response of the systems herein studied and electroluminescent behavior reported on literature, both photo and electroluminescence emissions arise from the same emissive units.

Metallochlorophylls of magnesium, copper and zinc: evaluation of the influence of the first coordination sphere on their solvatochromism and aggregation properties

In this study the role of different metal centers (magnesium, zinc and copper) on the enhancement of the hydrophilic character of metallochlorophylls, was evaluated. The solvatochromism as well as the aggregation process for these compounds in water/ethanol mixtures at different volume ratios were evaluated using Fluorescence, and Resonant Light Scattering (RLS) measurements, aiming to characterize the behavior of these compounds. Independently on the studied metallochlorophyll, the presence of at least 60% of water results in a considerable increase in the fluorescence emission, probably a direct consequence of a lower aggregation of these compounds, which is confirmed by the results from RLS measurements. Additionally, the results suggest that magnesium and zinc chlorophyll should be promising phototherapeutic agents for Photodynamic Therapy.