Influence of average size and interface passivation on the spectral emission of Si nanocrystals embedded in SiO2

The correlation between the structural (average size and density) and optoelectronic properties [band gap and photoluminescence (PL)] of Si nanocrystals embedded in SiO2 is among the essential factors in understanding their emission mechanism. This correlation has been difficult to establish in the past due to the lack of reliable methods for measuring the size distribution of nanocrystals from electron microscopy, mainly because of the insufficient contrast between Si and SiO2. With this aim, we have recently developed a successful method for imaging Si nanocrystals in SiO2 matrices. This is done by using high-resolution electron microscopy in conjunction with conventional electron microscopy in dark field conditions. Then, by varying the time of annealing in a large time scale we have been able to track the nucleation, pure growth, and ripening stages of the nanocrystal population. The nucleation and pure growth stages are almost completed after a few minutes of annealing time at 1100°C in N2 and afterward the ensemble undergoes an asymptotic ripening process. In contrast, the PL intensity steadily increases and reaches saturation after 3-4 h of annealing at 1100°C. Forming gas postannealing considerably enhances the PL intensity but only for samples annealed previously in less time than that needed for PL saturation. The effects of forming gas are reversible and do not modify the spectral shape of the PL emission. The PL intensity shows at all times an inverse correlation with the amount of Pb paramagnetic centers at the Si-SiO2 nanocrystal-matrix interfaces, which have been measured by electron spin resonance. Consequently, the Pb centers or other centers associated with them are interfacial nonradiative channels for recombination and the emission yield largely depends on the interface passivation. We have correlated as well the average size of the nanocrystals with their optical band gap and PL emission energy. The band gap and emission energy shift to the blue as the nanocrystal size shrinks, in agreement with models based on quantum confinement. As a main result, we have found that the Stokes shift is independent of the average size of nanocrystals and has a constant value of 0.26±0.03 eV, which is almost twice the energy of the Si¿O vibration. This finding suggests that among the possible channels for radiative recombination, the dominant one for Si nanocrystals embedded in SiO2 is a fundamental transition spatially located at the Si¿SiO2 interface with the assistance of a local Si-O vibration.

Acúmulo e formas de cobre e zinco no solo após aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos

As aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos no solo podem aumentar os teores e alterar as formas de Cu e Zn no solo. O presente trabalho teve como objetivo estimar o acúmulo de Cu e Zn e suas formas em solo submetido a aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos, em sistema plantio direto com rotação de culturas. O trabalho foi desenvolvido em um Argissolo Vermelho distrófico arênico na área experimental do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Santa Maria (RS). Os tratamentos consistiram na aplicação de 0, 20, 40 e 80 m³ ha-1 de dejeto líquido de suínos. Foram realizadas 17 aplicações de dejetos de maio de 2000 até o momento da coleta do solo, em outubro de 2006. Amostras de solo foram coletadas nas camadas de 0-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-12, 12-14, 14-16, 16-18, 18-20, 20-25, 25-30, 30-35, 35-40, 40-50 e 50-60 cm, secas ao ar, passadas em peneiras de 2 mm e moídas em grau de ágata. Em seguida, foram preparadas e analisados os teores pseudototais após extração pelo método 3050B da EPA, disponíveis por meio da extração com HCl 0,1 mol L-1, além do fracionamento químico do Cu e do Zn. Nos dejetos de suínos foram determinados os teores pseudototais de Cu e Zn. As aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos no solo aumentaram os teores de Cu e Zn das camadas superficiais, com migração até 12 e 10 cm de profundidade, respectivamente. O Cu e Zn adicionados são acumulados no solo em formas biodisponíveis, sendo preferencialmente ligados às frações orgânica e mineral, respectivamente.

Atributos químicos do solo influenciados por sucessivas aplicações de dejetos suínos em áreas agrícolas de Santa Catarina

Os dejetos de suínos constituem uma boa fonte de nutrientes, porém, quando inadequadamente usados, podem constituir-se em fator negativo de impacto ambiental. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do uso prolongado de dejetos de suínos como fertilizante sobre os atributos químicos do solo, em áreas com culturas anuais sob plantio direto. Amostras de solo foram coletadas em propriedades rurais da região oeste de Santa Catarina com tradição no uso de dejetos de suínos como fertilizante. Foram selecionadas áreas de três tipos de solo: Latossolo, Cambissolo e Neossolo, que haviam recebido dejetos de suínos por um período de aproximadamente 15 anos e por mais de 20 anos. Foram também coletadas amostras de solo adubado com fertilizante mineral e sob mata nativa em áreas adjacentes, para comparação. A amostragem do solo foi feita em sete profundidades (0-5, 5-10, 10-20, 20-30, 40-50, 70-80 e 100-110 cm), para determinação dos teores de matéria orgânica e de P, K, Cu e Zn disponíveis. O uso prolongado de dejetos de suínos proporcionou o acúmulo desses nutrientes nas camadas superficiais do solo, principalmente até a profundidade de 5 cm. O teor de matéria orgânica dos solos não foi alterado pelas sucessivas aplicações de dejetos de suínos. Em geral, as adubações anuais com dejetos de suínos não influenciaram a disponibilidade dos nutrientes no subsolo. No Neossolo e no Cambissolo, porém, observou-se movimentação de P até as camadas de 40-50 e 70-80 cm, indicando maior potencial de lixiviação do elemento nesses solos. O acúmulo de Cu e Zn ocorreu principalmente até 10 cm de profundidade no Latossolo e até 20 cm no Cambissolo e Neossolo. O grande acúmulo de nutrientes na camada superficial do solo (0-5 cm) em áreas adubadas com dejetos de suínos indica maior potencial de poluição ambiental por escoamento superficial do que as áreas com adubação mineral.

Stability of a nonequilibrium steady-state interface

We study the interfacial modes of a driven diffusive model under suitable nonequilibrium conditions leading to possible instability. The external field parallel to the interface, which sets up a steady-state parallel flux, enhances the growth or decay rates of the interfacial modes. More dramatically, asymmetry in the model can introduce an oscillatory component into the interfacial dispersion relation. In certain circumstances, the applied field behaves as a singular perturbation.

Bário, cádmio, cromo e chumbo em plantas de milho e em latossolo após onze aplicações anuais de lodo de esgoto

A presença de metais pesados no lodo de esgoto é uma das restrições quanto ao seu uso em áreas agrícolas. Este estudo teve por objetivo avaliar os efeitos da aplicação de doses de lodo de esgoto por 11 anos consecutivos em um Latossolo Vermelho distrófico sobre as concentrações de Ba, Cd, Cr e Pb em três profundidades no solo (0-10, 10-20 e 20-40 cm), bem como quantificar os mesmos metais na folha diagnose e nos grãos de milho. O experimento foi conduzido em condições de campo, utilizando-se o delineamento experimental em blocos casualizados com quatro tratamentos (0, 5, 10 e 20 t ha-1 de lodo de esgoto, base seca) e cinco repetições. As amostras de folha diagnose, solo, plantas inteiras e grãos foram obtidas, respectivamente, aos 60, 68, 80 e 123 dias após a emergência das plantas. A aplicação de doses de lodo de esgoto de 10 e 20 t ha-1 aumentou os teores de Ba, Cr e Pb na camada superficial do solo (0-10 cm), mas não alterou os de Cd. As doses do lodo de esgoto testadas não proporcionaram incrementos nas concentrações de Cd, Cr e Pb na folha diagnose e de Ba, Cd, Cr e Pb nas plantas de milho. A concentração de Ba na folha diagnose reduziu com a aplicação do resíduo. Os teores de Cd e Pb em grãos de milho permaneceram abaixo dos limites estabelecidos para o consumo humano, a concentração de Cr não pôde ser avaliada e nenhuma referência foi encontrada para comparar as concentrações de Ba.

Monte Carlo simulation of interface alloying

An Ising-like model, with interactions ranging up to next-nearest-neighbor pairs, is used to simulate the process of interface alloying. Interactions are chosen to stabilize an intermediate "antiferromagnetic" ordered structure. The dynamics proceeds exclusively by atom-vacancy exchanges. In order to characterize the process, the time evolution of the width of the intermediate ordered region and the diffusion length is studied. Both lengths are found to follow a power-law evolution with exponents depending on the characteristic features of the model.

Freezing of 4He and its liquid-solid interface from density functional theory

We show that, at high densities, fully variational solutions of solidlike types can be obtained from a density functional formalism originally designed for liquid 4He . Motivated by this finding, we propose an extension of the method that accurately describes the solid phase and the freezing transition of liquid 4He at zero temperature. The density profile of the interface between liquid and the (0001) surface of the 4He crystal is also investigated, and its surface energy evaluated. The interfacial tension is found to be in semiquantitative agreement with experiments and with other microscopic calculations. This opens the possibility to use unbiased density functional (DF) methods to study highly nonhomogeneous systems, like 4He interacting with strongly attractive impurities and/or substrates, or the nucleation of the solid phase in the metastable liquid.

Kinematic reduction of reaction-diffusion fronts with multiplicative noise. Derivation of stochastic sharp-interface equations

We study the dynamics of generic reaction-diffusion fronts, including pulses and chemical waves, in the presence of multiplicative noise. We discuss the connection between the reaction-diffusion Langevin-like field equations and the kinematic (eikonal) description in terms of a stochastic moving-boundary or sharp-interface approximation. We find that the effective noise is additive and we relate its strength to the noise parameters in the original field equations, to first order in noise strength, but including a partial resummation to all orders which captures the singular dependence on the microscopic cutoff associated with the spatial correlation of the noise. This dependence is essential for a quantitative and qualitative understanding of fluctuating fronts, affecting both scaling properties and nonuniversal quantities. Our results predict phenomena such as the shift of the transition point between the pushed and pulled regimes of front propagation, in terms of the noise parameters, and the corresponding transition to a non-Kardar-Parisi-Zhang universality class. We assess the quantitative validity of the results in several examples including equilibrium fluctuations and kinetic roughening. We also predict and observe a noise-induced pushed-pulled transition. The analytical predictions are successfully tested against rigorous results and show excellent agreement with numerical simulations of reaction-diffusion field equations with multiplicative noise.

Interface dynamics in Hele-Shaw flows with centrifugal forces. Preventing cusp singularities with rotation

A class of exact solutions of Hele-Shaw flows without surface tension in a rotating cell is reported. We show that the interplay between injection and rotation modifies the scenario of formation of finite-time cusp singularities. For a subclass of solutions, we show that, for any given initial condition, there exists a critical rotation rate above which cusp formation is suppressed. We also find an exact sufficient condition to avoid cusps simultaneously for all initial conditions within the above subclass.

Protein-binding microarrays: probing disease markers at the interface of proteomics and genomics.

DNA-binding proteins mediate a variety of crucial molecular functions, such as transcriptional regulation and chromosome maintenance, replication and repair, which in turn control cell division and differentiation. The roles of these proteins in disease are currently being investigated using microarray-based approaches. However, these assays can be difficult to adapt to routine diagnosis of complex diseases such as cancer. Here, we review promising alternative approaches involving protein-binding microarrays (PBMs) that probe the interaction of proteins from crude cell or tissue extracts with large collections of synthetic or natural DNA sequences. Recent studies have demonstrated the use of these novel PBM approaches to provide rapid and unbiased characterization of DNA-binding proteins as molecular markers of disease, for example cancer progression or infectious diseases.

On the determination of the interface density of states in a-Si:H/a-SiC:H multilayers

This paper deals with the determination of the interface density of states in amorphous silicon-based multilayers. Photothermal deflection spectroscopy is used to characterize two series of aSi:H/aSi1-xCx:H multilayers, and a new approach in the treatment of experimental dada is used in order to obtain accurate results. From this approach, an upper limit of 10^10 cm-2 is determined for the interface density of states.

DESENVOLVIMENTO, AUTOMAÇÃO E DESEMPENHO DE UM CONSOLIDÔMETRO COM INTERFACE HOMEM-MÁQUINA

O ensaio de consolidação preconiza a utilização de um consolidômetro. Esse equipamento, até então, não era produzido e comercializado no Brasil. Os modelos não automatizados disponíveis para importação, apesar da proposta de baixo custo, ainda são rústicos e necessitam de contínua calibração dos níveis de pressão durante a realização do ensaio. A exclusividade e intervenção de um técnico durante todo o ensaio, associada à precária coleta de dados nesses modelos, ainda são os principais fatores que têm inviabilizado a consolidação desse ensaio na ciência do solo brasileira. Como alternativa a esses problemas, este trabalho teve por objetivos desenvolver e automatizar um consolidômetro a partir de um Controlador Lógico Programável (CLP) com interface homem-máquina (IHM). O equipamento é constituído de um gabinete de metal que aloja conjuntos de dispositivos pneumáticos, eletrônico-digital e atuadores de força e posição. O funcionamento de cada dispositivo de forma isolado ou conjugado é gerenciado por meio de um software em linguagem de programação ladder, que, a partir de um CLP com IHM incorporada, possibilita armazenar instruções e implementar funções. A interface entre o PC e o consolidômetro é feita pelo software CA-Linker, v 1.0, projetado especificamente para o equipamento. O uso do CLP com IHM incorporada permitiu o desenvolvimento e a automação do consolidômetro. O desempenho e a eficiência do conjunto de dispositivos (pneumáticos, eletrônico-digital e atuadores de força e pressão) foram comprovados pelos excelentes resultados dos valores de deformação e pressão obtidos em função do tempo e, principalmente, do comportamento da curva de compressão, gerada pelos ensaios de compressão.

Relation for the nonequilibrium population of the interface states: effects on the bias dependence of the ideality factors

By an analysis of the exchange of carriers through a semiconductor junction, a general relationship for the nonequilibrium population of the interface states in Schottky barrier diodes has been derived. Based on this relationship, an analytical expression for the ideality factor valid in the whole range of applied bias has been given. This quantity exhibits two different behaviours depending on the value of the applied bias with respect to a critical voltage. This voltage, which depends on the properties of the interfacial layer, constitutes a new parameter to complete the characterization of these junctions. A simple interpretation of the different behaviours of the ideality factor has been given in terms of the nonequilibrium charging properties of interface states, which in turn explains why apparently different approaches have given rise to similar results. Finally, the relevance of our results has been considered on the determination of the density of interface states from nonideal current-voltage characteristics and in the evaluation of the effects of the interfacial layer thickness in metal-insulator-semiconductor tunnelling diodes.