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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física de los Materiales [ 31 tesis ]

Lantos, Federico Esteban. "Contribución al estudio de la industria del caucho" (1956) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Zaritzky de Ghener, Noemí Elisabet. "Transferencia simultánea de calor y materia líquido - burbuja en platos de destilación" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Llois, Ana María. "Propiedades electrónicas de sistemas inconmensurados" (1985) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Piotrkowski, Rosa. "Carburos estables en aleaciones de metales de transición" (1990) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Olmedo, Ana María T.. "Estudio de películas de óxidos de hierro crecidas y depositadas en diversos ambientes" (1990) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Hermida, Elida Beatriz. "Análisis de la superposición Tiempo-Temperatura : Determinación e interconversión de espectros de relajación y retardo" (1991) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El principio de superposición tiempo-temperatura (PSTT) y la determinación e interconversión de los espectros de relajación y retardo son conceptos fundamentales en el estudio del comportamiento mecánico de los polímeros amorfos. En este trabajo se analiza, en primer lugar, la superposición tiempo-temperatura a partir de las propidades matemáticas que debe satisfacer una familia de curvas relacionadas por una traslación. Considerando experiencias mecánicas típicas de la literatura de polímeros se establece, por un lado, que las condiciones de traslación no se verifican, señalando una inconsistencia en el PSTT. Por otro lado, si bien el empalme gráfico de las curvas medidas a las diferentes temperaturas no satisface una superposición rigurosa, las curvas individuales pueden ajustarse para formar una "seudo-curva maestra". Esta curva maestra, totalmente artificiosa, se reproduce mediante el procedimiento de un único tiempo de relajación, basado en el modelo fenomenológico del sólido anelástico elemental (SAE) con un tiempo característico variable. Este procedimiento permite establecer que, en general, para empalmar una curva medida a una dada temperatura con otra curva elegida como referencia, no puede definirse un único paso de traslación sino que se debe considerar un "paso de traslación promedio" tal como se hace al superponer las curvas gráficamente. La interpretación fisica del comportamiento viscoelástico se dificulta no sólo por la discrepancia que surge al superponer curvas que no satisfacen las condiciones de traslación sino además, por la información incompleta que proporciona la representación doble-log empleada normalmente. En efecto, en este trabajo se detalla no sólo la distorsión de los gráficos doble-logarítmicos de las diferentes propiedades mecánicas sino también 1as alteraciones en los espectros determinados a partir de estos gráficos. Luego, como representación alternativa se propone trabajar con las funciones viscoelásticas normalizadas. Estas funciones enfatizan las diferencias en el empalme de las curvas medidas a diferentes temperaturas así como la dependencia con la temperatura de los módulos límites, puntualizando otra inconsistencia del PSTT. También, se estudia la interrelación de las funciones de distribución normalizadas demostrando que en las fórmulas de interconversión se puede separar la dependencia de los parámetros estadísticos de aquella asociada a la respuesta mecánica macroscópica (determinada por la intensidad de relajación Δ). En particular se consideran las conversiones de los espectros rectangular, trapezoidal y lognormal que, para los valores de Δ típicos de una curva maestra resultan prácticamente iguales a una delta de Dirac, independientemente de la forma del espectro a convertir. Esta aparente ambigüedad en la conversión de los espectros desaparece si se calculan los espectros e intensidades de relajación de las curvas individuales. efectivamente, este resultado se ejemplifica determinando los valores límites y las funciones de distribución asociadas a algunas curvas individuales de ensayos dinámicos en poli-isobutilno, que se consignan en la literatura. Finalmente se llega a la conclusión de que el comportamiento viscoelástico de los polímeros se debe determinar a partir de las curvas individuales sin considerar extrapolaciones que, finalmente, conducen a modelos que no representan a la estructura molecular.

Denis, Alicia. "Problemas de difusión y de frontera móvil en aleaciones de uso nuclear" (1992) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Spinella, María Rosa. "Dispersión de electrones de baja energía por agregados metálicos" (1996) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se presenta un estudio teórico sobre la respuesta que exhiben los agregados metílicos neutros e iónicos frente al impacto de electrones de baja energía (hasta 5 eV). Se analiza la dispersión elástica provocada por blancos de Nan, (n =8, 20 y 40) y Na+_{41}. En los casos de agregados neutros las secciones eficaces totales en función de la energía incidente muestran resonancias relacionadas con la existencia de estados cuasi-ligados del electrón incidente. Para el caso i6nico se estudian los cocientes entre las secciones eficaces diferenciales calculadas y las secciones eficaces de Rutherford, a energías que están cerca y lejos de una energía de resonancia. También se realiza una evaluación de las amplitudes de transición inelisticas correspondientes a excitaciones de tipo partícula-agujero en los agregados de Na, (n =8 y 20) y Na: (n =9 3 21), empleando la aproximación de ondas distorsionadas de Born. Aqui también las secciones eficaces totales presentan resonancias a ciertas energías incidentes asociadas con estados cuasi-ligados del electrón incidente en los canales elásticos de entrada y/o en los de salida.

Abstract:
A theoretical study of the response of neutral and ionized metal clusters to the impact of slow electrons (up to 5eV) is presented. An analysis of the elastic scattering produced by Nan (n =8, 20 and 40) and Na+_{41} targets is performed. The total cross section for the neutral cluster presents resonances related with the existence of quasi-bound states when studied as a function of the incident energy. For the ionized cluster, the ratio of the calculated differential cross section to the Rutherford cross section, at energies near and far from the energy of a resonance are studied. An evaluation of inelastic transition amplitudes corresponding to particle--hole excitations in the clusters Nan (n =8 y 20)and Na+_n (n =9 y 21) is also performed using the Distorted Wave Born approximation. Also here, the cross sections present resonances at incident energies associated to quasi-bound states of the incident electron in the incoming and/or outgoing channels.

Broitman, Esteban D.. "Propiedades estructurales, eléctricas y mecánicas de películas delgadas obtenidas por métodos de evaporación asistidos por plasma" (1997) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se estudiaron las propiedades estructurales, eléctricas y mecánicas de películas delgadas obtenidas por dos métodos de evaporación asistidos por plasma: "thermal ion plating" y "sputter-ion-plating". Con la primera configuración se estudió la influencia de un plasma en la microestructura de películas metálicas. El flujo de partículas bombardeantes del sustrato y la película, con energía media del orden de los cientos de electron-volt, produce varias características únicas de nucleación y crecimiento, obteniéndose una película de granos pequeños y uniformes en tamaño y forma, con crecimiento epitaxial a temperatura ambiente. El tamaño final de grano no depende del espesor y puede ser controlado variando la tensión de polarización, por lo que es posible depositar películas metálicas policristalinas con una resistividad determinada por dicha tensión. El incremento de la adherencia de películas metálicas depositadas sobre vidrio y la disminución del coeficiente de fricción de películas de plata sobre sustratos cerámicos también pudo explicarse en términos de factores inherentes al método. Los resultados fueron utilizados para el desarrollo de dos aplicaciones tecnológicas. Se hizo un cálculo teórico acerca de la validez de la regla de Matthiessen en películas delgadas contínuas. La segunda configuración se utilizó para tratar de obtener la fase b -C3N4 por el depósito reactivo de carbono en presencia de un plasma de nitrógeno. La tensión de polarización no influye en la concentración de nitrógeno de la película pero determina la proporción de enlaces híbridos sp2 y sp3. El aumento de presión produce una modificación de la estructura y un aumento de la concentración de nitrógeno presente en la película, pero no llega a ser la estequiométrica. La temperatura del sustrato mostró ser el factor de mayor influencia en la estructura de las películas, que pueden ser amorfas con pequeños agregados cristalinos a bajas temperaturas, tipo fullereno a 350 °C y con enlaces bidimensionales a mayor temperatura. Las tensiones internas, dureza y elasticidad dependen de la estructura. Si bien no se pudo obtener la fase b -C3N4, las películas tipo fullereno mostraron propiedades mecánicas muy interesantes.

Abstract:
Structural, electrical and mechanical properties of thermal ion-plated and sputter ion-plated thin films were investigated. The influence of the plasma on the microstructure of metallic thermal ion-plated films was examined. Substrate and film bombardment by particles with mean energies of hundred of eV, induces unique nucleation and growth features and yields films of small, uniformly shaped and sized grains, with epitaxial growth on substrates at room temperature. Final grain size is not thickness dependent and can be controlled with the polarization voltage, to obtain predictable resistivity in polycrystalline metallic thin films. Increased adherence on glass substrates and reduced friction coefficients on ceramic substrates of metallic films can be justified by inherent method factors. Two technological applications of these results are described. A theoretical calculation on the validity of Matthiessen’s rule in continuous thin films is presented. Sputter ion-plated technique was employed to attempt the b -C3N4 phase synthesis by reactive carbon deposition in a nitrogen plasma. Substrate bias has no influence on film nitrogen concentration but determines the ratio of sp2 to sp3 hybrid bonding. Increased pressure modifies the structure and increases nitrogen content in the film which never achieves full stoichiometry. Substrate temperature proved to be the most influential factor on film structure, which can be amorphous with small crystalline aggregates at low temperature, fulllerene-like at 350 °C and bidimensionally bonded at higher temperature. Internal stress, hardness and elasticity are structure dependent. Although the b -C3N4 phase was unattainable, fullerene-like coatings displayed very interesting mechanical properties.

Luppo, María Inés. "Influencia de los defectos microestructurales sobre el fenómeno de fragilización por hidrógeno en aceros" (1997) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Con el nombre de fragilización por hidrógeno (FPH) se describen los efectos nocivos del hidrógeno sobre las propiedades físicas y mecánicas de los materiales. A pesar de las intensas investigaciones, la fragilización por hidrogeno no esta aun completamente entendida. Sin embargo, se ha establecido que el efecto de atrapamiento por los defectos de la red, contribuye directamente a todos los mecanismos de fragilización. En este trabajo estudiamos los efectos de la variación de la microestructura sobre la FPH en un acero de bajo carbono (ASTM A516 G60) y un acero inoxidable austenitico (AISI 304), ambos de gran uso en medios hidrogenados. En el caso del acero al carbono, cambiamos la microestructura presente en las uniones soldadas de este material (estructura martensitica) por medio de un revenido a baja temperatura, 453 K, y a alta temperatura, 753 K. Evaluamos la modificación de las trampas para el hidrogeno (los defectos del material) mediante la técnica de la microimpresión de hidrogeno, la técnica de la permeación de hidrogeno y ensayos de fisuración. Los resultados mostraron que en el acero de bajo carbono, las interfases entre listones de martensita son los principales sitios de atrapamiento para el hidrogeno en la martensita sin revenir. Estos sitios van perdiendo su poder de atrapamiento a medida que aumenta la temperatura de revenido. Este hecho, visualizado mediante la técnica de la microimpresión de hidrogeno, coincide con el aumento de la difusividad de hidrogeno y la disminución de la FPH. En el revenido a baja temperatura, la disminución del poder de atrapamiento de las interfases entre listones fue atribuida al relevado de tensiones por reordenamiento de dislocaciones producido por el crecimiento de los carburos. Este hecho, puesto en evidencia a través de la técnica de la permeación de hidrogeno, permitió además obtener la cinética de precipitación de carburos. En cambio, para el revenido a alta temperatura, la reducción del atrapamiento fue atribuida a la disminución de la densidad de dislocaciones. En lo que respecta al acero inoxidable, la microestructura estudiada fueron uniones soldadas formadas por austenita y distintos contenidos de ferrita delta. Estudiamos la influencia de esta ultima fase sobre la distribución de hidrogeno en la microestructura por medio de la técnica de la microimpresión de hidrogeno. Evaluamos el danio causado por el hidrogeno a través de ensayos de fisuración y de tracción. La técnica de la microimpresión de hidrogeno puso en evidencia que las interfaces ferrita-austenita actúan como trampas para el hidrogeno. La presencia de ferrita hace que el material sea más susceptible frente al hidrogeno, a mayor cantidad de ferrita es mayor la FPH, pero fundamentalmente modifica la forma en que el hidrogeno dania al material: la austenita ya no se fractura fragilmente sino que lo hace de manera dúctil, acompañando la fractura frágil de la ferrita. Las técnicas empleadas en el presente trabajo demostraron, de manera clara y precisa, el rol fundamental que juegan las trampas en la FPH de los materiales.

Abstract:
Hydrogen embrittlement (HE) is the deleterious effects of hydrogen on the physical and mechanical properties of materials. Despite intense investigation, hydrogen embrittlement is not completely understood yet. However, it has been established that the trapping effect by lattice defects, contributes directly to all embrittlement mechanisms. In this work the effects on the HE due to variation of the microstructure were studied on a low carbon steel (ASTM A516 G60) and an austenitic stainless steel (AISI 304), both of great use in hydrogenated environments. In the case of the low carbon steel, the microstructure presents in welded unions of this material (martensitic structure) was changed by means of tempering at low temperature, 453 K, and at high temperature, 723 K. The hydrogen traps modifications was evaluated by means the hydrogen microprint technique, hydrogen permeation test and hydrogen embrittlement tests. The results showed that in the low carbon steel, the laths interfaces of martensite are the main hydrogen trapping sites in the fresh-martensite. The trapping power of these sites decrease as the tempering temperature increases. This fact, visualised by means of the hydrogen microprint technique, is in coincidence with the increase of the hydrogen diffusivity and the decrease of the HE. In the low temperature tempering, the decrease in trapping power of the laths interfaces was attributed to stress relaxation by dislocation rearrangements produced by carbides precipitation. This fact, put in evidence through the hydrogen permeation tests, allowed also to obtain carbides precipitation kinetics. On the other hand, in the high temperature tempering, the reduction of the trapping was attributed to the decrease in the dislocations density. For the stainless steel, the microstructure tested were welded unions consisting of austenite with different contents of delta ferrite. The influence of this last phase on the hydrogen distribution in the microstructure was studied by means the hydrogen microprint technique. The damage caused by the hydrogen was evaluated through bending tests and tensile tests. The interfaces ferrite-austenite result as hydrogen traps, put in evidence by means the hydrogen microprint technique. The presence of ferrite increases the susceptibility to hydrogen, the more quantity of ferrite the more HE, but basically it modify the form in which the hydrogen damages the material: the austenite changes from its normal fragile fracture to ductile fracture, accompanying the ferrite fragile fracture. The techniques employed in this work demonstrated, in a clear and precise way, the role of traps in HE.

Miralles, Mónica T.. "El recuperado térmico de los aglomerados de defector producidos por irradiación neutrónica en monocristales de cobreThermal annealing of defect clusters induced by neutron irradiation in copper single crystals" (1998) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La irradiación con particulas energéticas es una de las técnicas mas utilizadas para introducir. en forma controlada, defectos, en las redes cristalinas metalicas. La presencia de defectos altera sensiblemente las propiedades fisicas de los materiales. Si se eligen obserables físicos lo suficientemente sensibles a estas estructuras de defectos, se puede obtener información acerca del tipo, de la configuración espacial, de la concentración, y de las cineticas de reacción entre los mismos. La aplicación de tratamientos térmicos postirradiación permite proprocionar, en forma gradual, las energias de activacion necesarias para lograr la recombinación de los defectos y la consecuente recuperación de la propiedad fisica elegida. De este modo se obtienen las llamadas “Etapas de Recuperación" del observable fisico en cuestión, cuyos rasgos generales, si bien son comunes a todos los metales, identifican en forma univoca a cada uno de ellos. El tema del presente Trabajo de Tesis es: “El Recuperado Térmico (T > 450 K) de los Aglomerados de Defectos producidos por Irradiación Neutrónica a Bajas Dosis y a 77 K en Cu de alta pureza, a través de la Tensión Critica Resuelta de Corte, medida a 77 K". El recuperado térmico mencionado corresponde a la ultima etapa de recuperación del Cu, la Etapa V, la cual ha sido muy poco estudiada. La misma se asocia generalmente a la disociación de los aglomerados de vacancias con la aniquilación sistemática de los aglomerados de intersticiales por vacancias térmicas. Pero los detalles de este proceso no estan bien establecidos y su esclarecimiento, desde un punto de vista basico, es de fundamental importancia para la comprensión y predicción de los fenómenos asociados a las inestabilidades estructurales que ocurren en los materiales expuestos a severos entornos de radiación. En este trabajo, los aglomerados de defectos se introducen en las probetas de tracción monocristalinas de cobre, mediante la irradiación neutronica en el criostato instalado dentro del reactor RA-1 de la CNEA, a 77 K y dosis inferiores a la de saturación (4.5 x 10^6 n/cm^2). Esta elección de las condiciones experimentales asegura la no superposición de las cascadas de desplazamientos atómicos y la estabilidad de los defectos creados a la deformación plastica (ausencia de canalización de dislocaciones). La Tensión Critica Resuelta de Corte medida a 77 K. TCRC-k, es un observable físico ideal para el estudio de la Etapa V Los aglomerados de defectos actuan como obstáculos al movimiento de las dislocaciones dando lugar a un enorme incremento de esta propiedad, conocido como fenomeno de endurecimiento El 75 % del daño introducido durante la irradiaicón es recuperado en la Etapa V. medida por esta propiedad, mientras que sólo el 15% es retenido en esta Etapa cuando la recuperación se mide a traves del incremento de la resistividad electrica A partir de los recuperados isócronos e isotérmicos de la TCRC-k en el presente trabajo, se pudo establecer, por primera vez y con esta técnica, la existencia de, al menos, tres subetapas de recuperacion ubicadas en los intervalos de temperatura: ~ 220-250 °C (Va), ~ 250-290 °C (Vb) y ~ 290-325 °C, demostrando en forma concluyente que el proceso de disolución de los aglomerados que tiene lugar en esta etapa es multiactivado.

Abstract:
The irradiation with energetic particles is one of the most common techniques to introduce defects in a controlled way in metallic lattices. Defects alter sensitively the physical properties of the materials. By choosing physical observables sensitive enough to these defect structures it is possible to obtain knowledge about the type, space configuration, concentration and kinetic reactions involved. Post-irradiation thermal annealings provide the activation energies necessaries to recombine defects and the consequent recovery of the choosed physical property. In this way, the so called “Recover Stages” of the physical observable could be obtained, whose general characteristics identify univocaly the studied metal. The subject of this Ph. D. thesis is: “Thermal annealing (T > 450 K) of the defect clusters induced by neutron irradiation at low dose at 77 K in high purity copper, through the Critical Resolved Shear Stress mesured at 77 K, CRSS77k". This thennal annealing corresponds to the least studied last recovery stage of copper: the Stage V which is generally associated with the dissociation of the vacancy clusters with the systematic annihilation of the interstitial clusters by thermal vacancies. It is fundamental to know the details of this process in order to understand and to predict the phenomena associated with the structural inestabilities that occur in materials exposed to severe irradiation environments. In the present work, the defect clusters were introduced into copper single crystals by neutron irradiation at liquid nitrogen in the RA-l reactor of the Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) up to a fast neutron dose of 4.5 x 10^6 n/cm^2. These experimental conditions prevent any superposition of the atomic displacements cascades and the stability of the plastic defonnation of the defects (abscence of dislocation channeling). The CRSS77k is an ideal physical observable to study the Stage V. The defect clusters act like obstacles to the dislocation movement producing an enormous increment of the CRSS: the radiation hardening. When the recovery is mesured through the increment of the CRSS, the 75 % of the radiation damage is recovered in Stage V, while only the 15 % is recovered when it is measured by the increment of the electrical resistivity. From the isochronal and isothermal annealings of the CRSS77k, it was possible to establish in the present work,for the first time and with this technique, the existence of at least three recovery substages in the temperature intervals: ~ 220-250 °C (Va), ~ 250-290 °C (Vb) y ~ 290-325 °C. In this way, it is conclusively demonstrated that the disolution of the clusters process of this stage is multiactivated, i.e., exists a spectrum of activation energies.

Alcober, Carlos Santiago. "Películas delgadas de semiconductores en medios acuosos" (1999) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Schwartz, Gustavo Ariel. "Propiedades eléctricas de compuestos de caucho cargados con negro de humo" (2001) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los compuestos de caucho con negro de humo son ampliamente utilizados en la industria, principalmente en la del neumático, por la posibilidad de sintonizar las propiedades físicas a los requerimientos del producto. Sin embargo, a pesar de que estos materiales se utilizan con éxito desde hace más de un siglo, y a la gran cantidad de esfuerzo y dinero dedicados a la investigación de los mismos, aun es poco lo que se conoce acerca de los mecanismos físicos que determinan sus propiedades físicas. Muchos de los procedimientos utilizados, por ejemplo en su formulación, obedecen más a un arte, o a un conocimiento adquirido,que a un método científico. La estabilidad térmica de estos materiales compuestos presenta una relevancia tecnológica significativa y un interesante desafío para la investigación científica. Se ha observado desde hace tiempo, que variaciones importantes se producen en las propiedades físicas de los compuestos de caucho cargados con negro de humo durante el envejecimiento a temperatura constante, aun en ausencia de esfuerzos mecánicos. Estos cambios pueden ser observados a través de la medición de las propiedades eléctricas o mecánicas de estos compuestos. Numerosos estudios han sido publicados en relación con este comportamiento. En ellos, los cambios en las propiedades físicas han sido relacionados con la floculación o aglomeración de las partículas de negro de humo en la matriz polimérica. Esto significa la difusión de los agregados de negro de humo, debido al movimiento Browniano, para formar aglomerados termodinámicamente más estables. Generalmente la ecuación de Stokes es utilizada para estimar la constante de difusión (Δ=kT/6πηa). En esta ecuación, k es la constante de Boltzmann, T la temperatura absoluta, η la viscosidad y a el radio de los agregados. Sin embargo, algunos resultados parecen contradecir las predicciones de la teoría de la floculación. La floculación no ha sido observada por TEM y la modificación física o química de la superficie del negro de humo produce resultados anómalo que no pueden ser explicados sólo en términos de la teoría de la floculación. El propósito de este trabajo es determinar si los cambios observados en las propiedades eléctricas y mecánicas, durante el envejecimiento de las muestras a temperatura constante, se deben exclusivamente al movimiento de los agregados de negro de humo, si es que este movimiento existe, o si otros mecanismos físicos son los responsables de estos cambios. Para ello, numerosas muestras han sido preparadas utilizando diferentes matrices poliméricas, diferentes tipos y cantidades de negro de humo con distintos tratamientos térmicos y diferentes procesos de mezclado entre otras variables. Las muestras fueron envejecidas a varias temperaturas (entre 60 y 150°C) durante diferentes tiempos (entre 10 minutos y varios días). La resistividad eléctrica y el módulo dinámico fueron medidos antes, durante y después del envejecimiento. Además, la evolución de la cantidad de caucho ligado (bound rubber)con el tiempo de envejecimiento fue medida para tener en cuenta el efecto de la interacción entre el negro de humo y el polímero. Se diseñó y construyó un dispositivo experimental para medir la evolución de la resistividad eléctrica en función del tiempo, de una muestra de caucho con negro de humo, durante su envejecimiento a temperatura constante. El dispositivo permitió realizar mediciones en aire y en vacío, controlar la rampa de temperatura y medir en un amplio rango de condiciones experimentales. Se observó que junto con el aumento de la conductividad eléctrica (o del módulo dinámico) se producía un incremento de la cantidad de bound rubber. Más aun, se observó que la dependencia con la temperatura y el tipo de polímero era la misma para ambas cantidades. Cuanto mayor era el incremento de la cantidad de bound rubber, mayor era el incremento de la conductividad eléctrica. De acuerdo con trabajos previos de Medalia y jachym, y con los resultados obtenidos en este trabajo, es posible que las cadenas de polímero, unidas químicamente a los agregados de negro de humo, actúen como hilos conductores entre agregados próximos. De este modo, un incremento de la cantidad de bound rubber implicaría un incremento de la conductividad eléctrica. Mediciones en vacío de la variación de las propiedades eléctricas con el tiempo, más nuevos ensayos mecánicos y la irradiación gamma de algunas muestras, han permitido verificar la hipótesis de conducción eléctrica a través de las cadenas de polímero y explicar la reversión observada para tiempos largos, tanto en las propiedades eléctricas como mecánicas. Finalmente se analizan los mecanismos de conducción eléctrica y el incremento del cluster percolante a partir del incremento de bound rubber. Un nuevo modelo de percolación por enlaces dependientes del tiempo es propuesto para describir el fenómeno en términos de la nueva interpretación propuesta.

Abstract:
Carbon black filled compounds are fully used in the industry, mainly in tire industry, due to their ability to tune the physical properties to product requirements. However, in spite of these materials have been used successfully since a century ago, and too much effort and money have been put in research, still is not much what we know about the physical mechanisms that fix their physical properties. Most of used procedures, for instance in their formulation, seem more like an art, or acquired knowledge, than a scientific method. Thermal stability of these compounds present an important technological relevance and an interesting challenge for scientific research. It has been observed that appreciable changes occur in carbon black filled rubber compounds during aging at constant temperature, even in the absence of shear. These changes can be monitored through the electrical and mechanical properties of these compounds. Several studies have been published concerning this behavior and are related to flocculation of the filler entides. That means by diffusion of aggregates of carbon black, due to Brownian motion, to form thermodynamically stable agglomerates. Usually the Stokes equation is used to estimate the diffusion constant (Δ=kT/6πηa). In the previous equation k is the Boltzmann constant, T the absolute temperature, η the viscosity and a the aggregate radius. However, some results seem to be contradictory with the flocculation theory. The flocculation has not been observed by TEM and the physical and chemical modification of carbon black surface produce an anomalous behavior, which cannot be explained within the flocculation frame only. The purpose of this work is to elucidate if the observed changes on electrical and mechanical properties, during thermal aging, are due exclusively to the movement of the carbon black aggregates, if exist, or if other mechanisms responsible for those changes may exist. In order to do that, several samples were prepared using different polymer matrixes, different carbon black grades at various loading levels and also using physically and chemically modified carbon blacks. The samples were aged at several temperatures (between 60 and 150°C) during different times (between 10 minutes and several days). The electrical resistivity and mechanical modulus were measured before, during and after aging. Additionally, the evolution of the bound rubber with aging time was measured to take into account the effect of the polymer-filler interaction. An experimental device was designed and built to measure the electrical resistivity as a function of the time, for a carbon black filled rubber sample, during aging at constant temperature. This device allowed measuring sample resistivity in air and vacuum, controlling temperature ramp and measuring in a broad range of experimental setups. A simultaneous increment of the amount of bound rubber and electrical conductivity was observed. Furthermore, the temperature and polymer type dependence of both quantities is similar noticing that the higher the increment of bound rubber the higher the increment in the electrical conductivity. According to Medalia and jachym, and the results obtained in the present work, it is possible that polymer chains, grafted to carbon black aggregates, act like conductive hairs between close aggregates. In this way, an increment in the amount of bound rubber implies and increment in the electrical conductivity. Vacuum measurements of the electrical properties, new mechanical measurements and gamma irradiation have allowed verifying the hypothesis of electrical conduction through polymer chains and explaining the observed reversion for long times in both, electrical and mechanical properties. Finally, electrical conduction mechanisms and the increment of the percolating cluster from the increment of bound rubber have been analyzed. A new model of dynamic bond percolation is proposed in order to describe the behavior in terms of the new proposed interpretation.

Miranda, Enrique A.. "Mecanismos de conducción a través del aislante de puerta en estructuras MOS (Metal-Oxido-Semiconductor)" (2002) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Hemos analizado los distintos modos de conducción que tienen lugar a través del aislante de puerta en estructuras Metal-Oxido-Semiconductor (MOS). En especial, por sus implicancias en las tecnologías microelectrónicas, se ha puesto énfasis en lo concerniente al dióxido de silicio (SiO2). Dependiendo del rango de voltajes y de espesores de aislante considerados, el SiO2 exhibe diferentes comportamientos que requieren un estudio particularizado. Cuando el óxido es muy delgado (<5-6nm), la corriente de túnel a altas tensiones presenta unas oscilaciones que pueden interpretarse, a partir de la mecánica cuántica, como consecuencia de la reflexión parcial de la función de onda electrónica en la interfaz anódica de la estructura. Nosotros hemos propuesto un modelo semi-empírico que logra captar la forma de las características de conducción en todo el rango de tensiones permitidos y para todos los espesores en los que el fenómeno es observable. Al aplicar un estrés eléctrico, la corriente de túnel a bajas tensiones exhibe un crecimiento anómalo que puede atribuirse a la generación de trampas en el seno del aislante. Este mecanismo de conducción se denomina SILC (stress-induced leakage current). Por otro lado, para óxidos más gruesos (>10nm), es posible detectar un cambio en el estado de carga del aislante a partir del desplazamiento de la curvas características capacidad-tensión y corriente-tensión. Hemos propuesto una sencilla modificación de la expresión que se utiliza habitualmente para la corriente de túnel Fowler-Nordheim, la cual permite dar cuenta de dicho comportamiento. Finalmente, se presenta una ampliación de un modelo de conducción que permite explicar de manera consistente los dos modos de ruptura (SOFT y HARD) que tienen lugar en óxidos ultra-delgados. El modelo se basa en la física de los sistemas conductores mesoscópicos y las propiedades de transmisión de los denominados contactos puntuales cuánticos. Hasta ahora, este es el único modelo analítico disponible que puede explicar numerosos hechos experimentales relacionados con el fenómeno bajo estudio.

Abstract:
We have analyzed the different conduction modes through the gate insulator that can be observed in Metal-0xide-Semiconductor (MOS) structures. Special emphasis is put on silicon dioxide (SiO2)due to its implications for microelectronic technologies. Depending on the voltage range and oxide thicknesses considered, SiO2 exhibits different behaviors that require a particular study. When the oxide is very thin (<5-6nm), the tunneling current at large bias shows oscillations that can be interpreted, in terms of quantum mechanics, as a consequence of the wave function’s reflection at the oxide interfaces. We have proposed a semi-empirical model that captures the shape of the conduction characteristics in the whole bias range and for all thicknesses in which the phenomenon is observable. When an electrical stress is applied, the tunneling current at low voltages exhibits an anomalous increase that can be attributed to the appearance of bulk traps at the insulator. This conduction mechanism is referred to as SILC (stress-induced leakage current). For a thicker oxide (>10nm), it is also possible to detect a change in the oxide state of charge by means of shifts of the capacity-voltage or current-voltage curves. We proposed a simple modification to the well-known Fowler-Nordheim tunneling expression, which allows to explain such behavior. Finally, we present an improved model for conduction to deal with the breakdown modes of ultra-thin oxides SOFT and HARD. The model is based on the physics of mesoscopic conducting systems and the transmission properties of the so-called quantum point contacts. Until now, this is the only analytical model available that can successfully explain a number of experimental facts related to the phenomenon under study.

Pastorino, Claudio. "Fases condensadas de moléculas flexibles: el azufre elemental" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se han estudiado las fases condensadas del azufre elemental con modelos de interacción que incluyen grados de libertad internos de las moleculas. Se centró el interés en el diagrama de fases cristalino de la molécula S8. Nuestro trabajo representa el primer estudio teórico-numérico sistemático de las tres fases polimórficas del azufre observadas experimentalmente: (α-, β- y γ-S8 y de sus transiciones de fase. También constituye una investigación de sistemas prototípicos con potenciales torsionales de doble pozo, que difieren de las dependencias de triple pozo, estudiadas extensamente por sus aplicación a compuestos orgánicos. Se emplearon técnicas de dinámica molecular clásica con algoritmos de presión y temperatura constantes y celda de forma variable para estudiar transiciones de fases estructurales, manteniendo un único modelo de potencial para describir las diferentes estructuras cristalinas. Utilizando primero un sencillo potencial intermolecular del tipo átomo-átomo isotrópico se reprodujeron exitosamente parámetros de las celdas primitivas, energías configuracionales, patrones de difracción de rayos X y correlaciones dinamicas en el intervalo de temperaturas 50-450K de las tres fases. También se reprodujo y caracterizó la transición orden-desorden orientacional dinámico de la fase β-S8. Alrededor de los 200K se observó una transición estructural espontánea de la fase α-S8 a una celda monoclínica (que llamamos α’-S8),que no ha sido observada experimentalmente. Además, calculamos una densidad de γ-S8 mayor a la de α-S8, que es lo opuesto a lo observado. Estas dos diferencias motivaron la revisión del potencial intermolecular isotrópico. Se propusieron dos modelos anisotrópicos de interacción intermolecular en base a datos experimentales y cálculos ab-initio de la densidad de carga de la molécula S8. Uno de ellos resultó superior al potencial original isotrópico, resolviendo las dos diferencias fundamentales de éste con los datos experimentales. Se realizaron además cálculos de energía libre mediante dos metodos: el de integración termodinámica y el de la aproximación cuasiarmónica para las fases α y α'. De la comparación de los dos métodos, se encuentra que la aproximación cuasi-armónica es adecuada para la estimación de diferencias de energías libres.

Abstract:
The elemental sulfur condensed phases have been studied by using interaction models with molecular internal degrees of freedom. Our work is mainly devoted to the phase diagram of the S8 molecule. This study is the first theoretical and numerical comprehensive approach to the experimentally reported polymorphic phases of S8 sulfur: α-, β-, γ-S8 and its phase transitions. It also is an investigation of prototypical double well torsional potential models. which differ from the widely studied triple well potentials to model organic compounds. We have used classical molecular dynamics techniques with constant temperature and pressure algorithms and variable cell shape while keeping the same potential model for all the phases and thermodynamic conditions. Cell parameters, configurational energies, X ray diffraction patterns and dynamical correlations were succesfully reproduced, in the range 50-450K, for the three phases with a simple isotropic intermolecular model. The β-S8 orientational order-disorder transition was also found in the temperature range reported by the experiments. We have also observed a spontaneous structural phase transition of the α-S8 sample towards a monoclinic cell (that we called α'-S8) which has not been experimentally observed. The density of γ-S8 was also calculated larger than that of α-S8, in contradiction with experimental findings. These two differences with experimental data prompted us to revise the isotropic potential model. Two new anisotropic interaction models, based in experimental measurements and ab initio calculations of the S8 electronic density of charge, were proposed. One of them improved the isotropic one solving the two above mentioned differences with the experimental data. Lastly, we have also performed free energy calculations using two approaches: the thermodynamic integration method and the quasi-harmonic approximation to study the free energy difference between α and α' phases. By comparing both methods we conclude thal the quasi-harmonic approximation is reliable for the estimation free energy differences.

Bruzzoni, Pablo. "Efectos de superficie en la difusión de hidrógeno en hierro y aleaciones ferrosas" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se ha estudiado el intercambio de hidrógeno entre un medio hidrogenante y láminas de hierro cubiertas de delgadas películas de níquel o paladío. Para tal fin se usaron técnicas de permeacíón de hidrógeno y análisis de respuesta en frecuencias, ya sea empleando carga catódica modulada o carga en fase gaseosa con presión modulada. Las películas de Ni y Pd fueron caracterizadas por diversas técnicas en cuanto a sus propiedades fisicas y su interacción con el hidrógeno. El intercambio de hidrógeno entre el medio y el sustrato de hierro es un proceso en varias etapas que incluye la difusión en el interior de la película metálica y el pasaje a través de las interfases. El pasaje a través de la interfase medio hidrogenante-material de la película juega un papel clave y se han determinado los coeficientes de transferencia correspondientes. Esta velocidad de transferencia finita, combinada con la capacidad de retención de hidrógeno de la propia película, determina en gran medida la respuesta del sistema en estado transitorio. Se propone que la transición de estado adsorbido a estado absorbido o soluto intersticial es la etapa determinante de la velocidad de pasaje a través de la interfase medio hidrogenante-material de la película. En el caso de la película de paladio, dicha velocidad de transferencia se reduce marcadamente con largos tiempos de exposición de la película al medio hidrogenante, lo cual se atribuye a la acumulación de hidrógeno subsuperficial. Finalmente se discuten estos resultados en relación con la técnica de permeacíón de hidrógeno aplicada a aleaciones de base hierro.

Abstract:
Hydrogen exchange between a hydrogenating medium and iron membranes covered with thin palladium or nickel films has been studied. For this purpose, techniques of hydrogen permeation and frequency response analysis were used, either with modulated cathodic chargíng or modulated gas phase chargíng. The nickel and palladium films were characterised through different techniques regarding their physical properties and their interaction with hydrogen. Hydrogen exchange between the medium and the iron substrate is a process of several steps that includes both the bulk diffusion in the metallic film and the transfer across the interphases. The transfer of hydrogen across the hydrogenating medium - film material interphase plays a key role; the corresponding transfer coefficient has been determined. This finite transfer rate, combined with the hydrogen retention capacity of the film itself, determines the transient response of the system to a great extent. It is proposed that the transition between adsorbed state and absorbed state or interstitial solute is the rate determining step for he transfer across the hydrogenating medium-film material interphase. In the case of the palladium film, this transfer rate is markedly reduced after long exposures of the film to the hydrogenating medium, which is attributed to subsurface hydrogen. Finally, these results are discussed in relation with the hydrogen permeation technique applied to iron base alloys.

Reinoso, María Elba. "Depósito y caracterización de películas de carbono amorfo con incorporación de silicio" (2004) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Las múltiples aplicaciones tecnológicas de las películas de Carbono amorfo (a-C) lo convirtieron , desde su descubrimiento, en un interesante tema de estudio. Se trata de un material de alta dureza, buen aislante eléctrico que presenta una excelente adherencia sobre una amplia variedad de materiales y es altamente resistente al desgaste. Sin embargo, muchas de sus propiedades no son estables térmicamente: al ser sometido a temperaturas mayores que 450 °C el material se convierte paulatinamente en grafito microcristalino y pierde gran parte de sus propiedades tecnológicamente interesantes. A causa de esto se ha intentado encontrar otros materiales que superen estas dificultades. En este trabajo nos ocuparemos de películas amorfas de Carbono-Silicio. Algunas investigaciones que involucraron el análisis de la región de la interfase C-Si en peliculas de a-C depositadas sobre Si cristalino, sugirieron que la incorporación de Silicio podría aportar estabilidad térmica a las películas de a-C. En este trabajo se presentan los resultados del depósito de películas amorfas de C-Si (a-SixC1-x con 0 ≤ x ≤ 0,5) utilizando un método novedoso que permite obtener un filme de espesor del orden del micrómetro, homogéneo, con la composición C-Si que se desee, sobre diferentes sustratos. Se ha utilizado un haz de iones de alta energía (30 keV) generado a partir de una mezcla de gases metano y silano. Los materiales obtenidos han sido caracterizados en función de la composición del depósito mediante las técnicas de XPS, espectroscopia Raman, espectroscopia por aniquilación de positrones y EELS, a fin de caracterizar su microestructura. Se han realizado mediciones de dureza, adherencia y resistencia al desgaste para conocer las propiedades mecánicas del material y se ha estudiado la evolución de la estructura y las propiedades al ser sometido a altas temperaturas (hasta 900 °C) en vacío. Se han realizado simulaciones numéricas por Dinámica Molecular del depósito de átomos de C sobre Si y diamante a bajas energías (hasta 100 eV), para analizar la formación de la interfase C-Si y la evolución de la estructura con la temperatura. Se ha concluido que el material depositado presenta una mayor estabilidad térmica conforme se incrementa la cantidad de Silicio incorporada. Sin embargo, esto resulta en desmedro de la dureza de las películas depositadas. De esto se desprende que el compromiso estabilidad-térmica/dureza debe ser analizado en témiinos de la aplicación prevista para el material.

Abstract:
Amorphous carbon has attracted much attention since its discovery because of its great number of useful properties which make it suitable for many technological applications. This is a hard material, which shows excellent adherence on several substrates. It is electrically insulating and it presents high wear resistance. However, it graphitizes when it is thermally annealed at temperatures higher than 450 °C when some of the most interesting properties are lost. In order to solve this problem other materials have been studied. Different analyses of the C-Si interface have pointed out that a material containing Silicon and Carbon could be more thermally stable. In this work we present our research on Carbon-Silicon amorphous films (a-SixC1-x con 0 ≤ x ≤ 0,5) introducing a new method to obtain amorphous Si-C films (thickness c.a. 1 μm) with different composition on several substrates, by using a high-energy ion beam (30 keV) produced by Methane and Silane. The microstructure of the obtained materials has been characterized by XPS, Raman spectroscopy, positron annihilation spectroscopy and EELS. So as to characterize its mechanical properties, indentation hardness measurements and adherence and wear resistance tests have been performed. Microstructure and mechanical properties have been evaluated after thermal annealing (up to 900 °C), in order to test the thermal stability of the films. Molecular Dynamics simulations were used to investigate the low-energy (100 eV) deposition of C atoms on Silicon and diamond. The interface region and structure behavior during therrnal annealing were analyzed. We concluded that the thermal stability increases with Silicon content in a-SixC1-x films while hardness and wear resistance decrease. However, it has been proved that they are more thermally stable than a-C. As a result, the more convenient composition has to be chosen regarding the use of the coating.

Kleiman, Ariel Javier. "Crecimiento de películas de dióxido de titanio con un arco catódico: funcionalización de superficies" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El dióxido de titanio es extensamente investigado debido a sus excepcionales propiedades eléctricas, ópticas y físico-químicas que lo convierten en un material apto para una gran variedad de aplicaciones. El empleo de películas delgadas de TiO2 como material sensitivo en sensores de gases tóxicos, y su utilización como fotocatalizadores para la degradación de contaminantes en agua, se encuentran entre las áreas más investigadas sobre este material semiconductor. El TiO2 cristaliza principalmente en tres estructuras diferentes: rutilo, anatasa y brookita; siendo la anatasa, fase meta-estable, la que presenta mejor rendimiento en las aplicaciones mencionadas. La producción de films de TiO2 ha sido desarrollada mediante una gran variedad de técnicas de deposición, entre las cuales se encuentran los arcos catódicos. En estos equipos se genera una descarga de alta corriente y baja tensión entre dos electrodos inmersos en una cámara de vacío. Material del cátodo es ionizado y eyectado hacia adelante, formando un haz de iones metálicos. Al inyectar gases reactivos a baja presión, los iones metálicos pueden combinarse químicamente con las partículas del gas. Colocando un sustrato frente al cátodo, una variedad de recubrimientos pueden ser obtenidos. La estructura de las películas de TiO2 obtenidas con esta técnica depende fuertemente de la temperatura del sustrato durante el crecimiento del film y de la energía de los iones involucrados. En el presente trabajo se obtuvieron, por arco catódico, películas delgadas de TiO2 sobre sustratos de vidrio y de silicio. Los films resultaron uniformes, compactos y con buena adhesión al sustrato. Los mismos fueron crecidos en fase anatasa a 400 oC, o en fase amorfa a temperatura ambiente, y luego cristalizados en fase anatasa mediante un tratamiento térmico. La estructura de las películas fue analizada por difracción de rayos X y espectroscopía Raman. El espesor y la densidad de los recubrimientos fueron determinados mediante reflectometría de rayos X (XRR). Para las densidades se obtuvieron valores en el rango 3,88 – 4,13 g/cm3, cercanos al valor tabulado para la anatasa. Los espesores dependieron del tiempo de exposición a la descarga, observándose una tasa de deposición de ~ 2,7 nm/s. Las señales de XRR fueron ajustadas, con buen acuerdo, por señales simuladas considerando una capa de agua adsorbida sobre los films. La morfología superficial de los recubrimientos fue estudiada por microscopía de barrido electrónico y de fuerza atómica. Los films crecidos a 400 oC presentaron un menor tamaño de grano, y una menor rugosidad, que los films obtenidos a temperatura ambiente. Asimismo, estas magnitudes resultaron menores en los recubrimientos realizados sobre vidrio respecto de los depositados sobre silicio. Considerando todos los casos, los tamaños de grano estuvieron en el rango 15 – 100 nm. Se estudiaron también propiedades ópticas de los films en el rango visible, sin observarse diferencias significativas entre las muestras crecidas a diferentes temperaturas. La transmitancia media fue de ~ 80 %, la reflectancia difusa de ~ 5 %, el índice de refracción de ~ 2,8 y el band-gap de ~ 3,4 eV. La adhesión se analizó mediante los tests de la cinta adhesiva y de rayado, mostrando mejores resultados los films crecidos a alta temperatura. Se estudiaron también las propiedades del plasma generado por la descarga, relacionándolas con las características observadas en los films. El análisis se realizó a partir de mediciones con una sonda electrostática y empleando un modelo uni- dimensional que considera las interacciones del plasma metálico con el O2. A los films crecidos sobre vidrio se les realizó también una caracterización orientada a su empleo en sensado de gases y en purificación de agua por fotocatálisis. Se estudió la respuesta de la resistencia eléctrica de los films ante variaciones en la presión ambiente, en aire y O2, observándose una disminución de la sensibilidad al aumentar la temperatura. La sensibilidad fue mayor en los films depositados con calentamiento in-situ, y aumentó al incrementarse el espesor de la película. La respuesta fotocatalítica de los films fue evaluada a través la eficiencia en la reducción Cr(VI), en presencia de EDTA, asistida por irradiación UV. No se observaron diferencias en los rendimientos de las películas crecidas a distintas temperaturas. Por otro lado, los films crecidos por arco mostraron una menor actividad que películas de TiO2 P-25, obtenidas por dip-coating, utilizadas como referencia. Sin embargo, la eficiencia de las películas depositadas por arco aumentó al incrementarse el espesor, llegando a lograrse un 100 % de reducción de Cr(VI) luego de 6 horas de irradiación.

Abstract:
Titanium dioxide has been widely investigated due to its outstanding electrical, optical and physicochemical properties that make it a suitable material for a wide range of applications. The uses of thin films of TiO2 as sensitive material in toxic gas sensors and as photocatalyst for pollutants reduction in water are among the more investigated areas on this semiconductor. TiO2 crystallized in three major structures: rutile, anatase and brookite; being anatase, a meta-stable phase, which presents the best performance in the above applications. The production of TiO2 films has been developed by several deposition techniques, among which are the cathodic arcs. In such devices a high current-low voltage discharge is generated between two electrodes immersed in a vacuum chamber. The cathode material is ionized and ejected forward, forming a metallic ion beam. If a reactive gas is injected at a low pressure into the chamber, metallic ions can be chemically mixed with the gas. Placing a substrate in front of the cathode, several compounds can be deposited. The structure of films grown with cathodic arcs strongly depends on the substrate temperature during deposition process and on the energy of the involved ions. In this work, TiO2 thin films were deposited by a cathodic arc on glass and silicon substrates. The films were compact and uniform and showed good adhesion properties. These coatings were grown in anatase phase at 400 oC, or in amorphous phase at room temperature, and then crystallized during post-annealing. The crystalline structure of the films was analyzed by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The film density and thickness were determined by means of X-ray reflectometry (XRR). The densities were in the range 3.88 – 4.13 g/cm3; these values are close to the tabulated for anatase. The thicknesses depended on the deposition times; the deposition rate was ~ 2.7 nm/s. XRR measurements were fitted, with good agreement, by simulated signals considering an adsorbed water layer over the TiO2 films. The surface morphology was studied by scanning electron and atomic force microcopy. The films grown at 400 oC presented a lower grain size and a lower roughness than that of films obtained at room temperature. Moreover, these magnitudes were lower for films deposited on glass respect to those grown on silicon substrates. Among all the samples, the grain size was found to be in the range 15 – 100 nm. Optical properties of the films in the visible range were also studied; significant differences between films grown at both temperatures were not found. The mean transmittance was ~ 80 %, the diffuse reflectance ~ 5 %, the refractive index ~ 2.8 and the band-gap energy ~ 3.4 eV. Adhesion to the substrates was analyzed by scotch and scratch tests; showing the films grown at high temperature better results. Properties of the plasma generated by the discharge and their connection with the characteristics observed for the films were also studied. This analysis was made by means of electrostatic probe measurements and using a one-dimensional plasma model which considers interactions between the metallic plasma and the gas particles. The films deposited on glass substrates were also characterized toward their use in gas sensing and in photo-assisted water purification. The response of the electrical resistance of the films to changes in air and O2 pressure was studied. The sensitivity of the films decreases with the increasing of the work temperature, and was high for films deposited with in-situ heating. Moreover, thicker films showed high sensitivity. The photocatalytic response of the coating was evaluated through the efficiency in UV- assisted Cr(VI) reduction, in the presence of EDTA. Significant differences between films grown at different temperatures were not observed. In the other hand, films deposited by cathodic arcs showed a lower activity than that of TiO2 P-25 films, obtained by dip-coating immersion, used as a reference. However, the efficiency of cathodic arc-deposited films was enhanced by increasing the film thickness, reaching a 100 % Cr(VI) reduction after 6 hours irradiation.

Grünhut Duenyas, Vivian. "Scattering electromagnético en la superficie corrugada de un metamaterial" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Para estudiar las características de la radiación dispersada en la superficie rugosa de los nuevos materiales artificiales conocidos como metamateriales, en este trabajo de tesis se generalizan al caso de materiales con valores arbitrarios (positivos o negativos) de permeabilidad magnética y permitividad eléctrica dos métodos originalmente desarrollados para estudiar la radiación dispersada en la superficie de materiales isótropos convencionales (no magnéticos). Los dos métodos generalizados, un método perturbativo en la altura de la rugosidad y otro esencialmente numérico basado solamente en la validez de la hipótesis de Rayleigh, fueron sometidos a diversos controles para estudiar su rango de validez y garantizar su correcto funcionamiento y pueden emplearse para superficies con rugosidades deterministas o con rugosidades caracterizadas aleatoriamente. Para ilustrar su uso en aplicaciones de interés actual, los métodos se emplean en los siguientes casos: a) para estudiar los cambios producidos en la reflectividad de la superficie de un metamaterial con rugosidades localizadas cuando se cambia el signo del índice de refracción relativo entre los medios a ambos lados de la superficie rugosa; b) para investigar la excitación de ondas superficiales en superficies con rugosidades localmente periódicas, y c) para estudiar la intensificación del pico de retroreflexión en superficies con rugosidades caracterizadas aleatoriamente.

Abstract:
In order to study the features of the radiation scattered on a rough surface of the new artificial materials known as metamaterials, in this work we generalize to the case of materials with arbitrary values (positive or negative) of magnetic permeability and electrical permittivity, two methods originally developed to study the radiation scattered on the surface of conventional isotropic materials (non-magnetic). The two generalized methods, a perturbative method at the height of the roughness and another one essentially numerical based solely on the validity of the Rayleigh hypothesis, were subjected to various checks to assess their range of validity and to ensure proper operation and can be used for deterministic or random rough surfaces. To illustrate their use in topical applications, the methods where used in the following cases: a) to study the changes in the reflectivity of the surface of a metamaterial with localized roughness when changing the sign of the refractive index between the media on both sides of the rough surface; b) to investigate the excitation of surface waves in locally periodic rough surfaces, and c) to study the intensification of the retroreflection peak on surfaces characterized with random roughness.

Pérez Daroca, Diego Raúl. "Vórtices en monocristales de NbSe2: dinámica alterna en el régimen plástico" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se investigó la dinámica alterna de vórtices superconductores en monocristales de NbSe2 , en condiciones compatibles con el régimen plástico.Mediante mediciones de susceptibilidad ac en el régimen lineal se exploraron configuraciones de vórtices en las inmediaciones de la transición orden - desorden, siguiendo diferentes historias térmicas, magnéticas y dinámicas. También, se estudió la respuesta del sistema después de agitar los vortices con campos magnéticos oscilatorios. Con estas mediciones, identificamos tres regiones. En la región T < T1 (H), agitar la red de vórtices lleva a configuraciones estables con máximo orden. Identificamos esta región con la fase de vidrio de Bragg. Para T > T2 (H) las configuraciones son desordenadas. En la región T1 < T < T2, al agitar la red de vórtices se producen deformaciones plásticas (irreversibles) que identificamos con la creación y aniquilación de disclinaciones alcanzándose configuraciones con propiedades peculiares. Profundizando el estudio en esta región, se hicieron experimentos cambiando la frecuencia y la forma de onda del agitado. Se observó que las frecuencias de agitados más altas llevan a configuraciones más ordenadas. Estas configuraciones no depende de la condición inicial, pero mantiene memoria de la frecuencia de agitado. Usando un modelo simple de la dinámica de vórtices y mediante simulaciones de dinámica molecular se analizó el desanclaje de la red de vótices bajo la acción de una fuerza externa ac. Se discutió la diferencia con el caso de una fuerza externa dc y se determinaron los observables más representativos para identificar el desanclaje ac. Para un conjunto compatible de parámetros de interacción que modelan cualitativamente las características principales de los protocolos experimentales de agitado, se realizaron simulaciones que revelan una posible naturaleza de las configuraciones de vórtices obtenidas mediante agitados en la región T1
Abstract:
In this thesis we studied the ac dynamics of superconducting vortices in NbSe2 single crystals in the plastic regime. By performing ac susceptibility measurements in the Campbell regime, we explored vortex configurations in the vicinity of the order - disorder transition following different thermal, magnetic and dynamical histories. Also, we studied the response of the system after shaking with oscillatory magnetic fields. With these measurements, we identified three regions. In the region T < T1 (H), shaking the vortex lattice leads to stable configurations with maximum order. We identify this region with the Bragg glass phase. For T > T2 (H) configurations are disordered. In the region T1 < T < T2 , shaking the vortex lattice produces plastic (irreversible) deformations that we associate with the creation and annihilation of disclinations leading to configurations with peculiar properties. Additional studies of this region were performed by changing the frequency and waveform of the shaking field. The highest shaking frequencies lead to the most ordered configurations. The system does not keep memory of the initial condition, but the final configuration depends on the shaking frequency. Using a simple model for the vortex dynamics and performing molecular dyna- mics simulations we analyzed the vortex lattice depinning by an ac external force. We discussed the difference with the case of a dc external force and considered the most representative observables to characterize the ac depinning. Additional simulation were performed that reveal a possible nature of vortex configurations obtained by shaking protocols in the region T1 < T < T2 ithin this picture the vortex configurations could be associated to stationary states in which both, lattice vortex disclinations and the average velocity fluctuate around a stable value. These states could be similar to the fluctuating states proposed in colloidal systems. In summary, a dynamic reorganization in the plastic regime that maintains memory of the shaking frequency, but it is independent of the initial configuration has been observed experimentally and numerically.

Mansilla, Marcela Angela. "Influencia de la microestructura en las propiedades mecánicas y térmicas de mezclas de caucho natural y caucho estireno butadieno" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El trabajo de Tesis aquí expuesto representa la investigación de un tema de gran interés tanto científico como tecnológico como es el estudio de mezclas elastoméricas vulcanizadas compuestas por caucho natural NR y caucho estireno butadieno SBR. Se tratan de dos de los elastómeros más utilizados a escala global para distintas aplicaciones industriales, en particular como compuestos en diferentes tipos de neumáticos. Se ha desarrollado una técnica para preparar mezclas a escala de laboratorio utilizando la técnica de disolución en un solvente adecuado de ambos elastómeros, incorporación de curativos, mezclado y posterior evaporación. De esta forma se fabricaron 11 compuestos con diferentes proporciones de NR/SBR. También se utilizaron mezclas similares preparadas en un molino de laboratorio. Justamente la diferencia en el método de mezclado de estas muestras llevó a diferentes comportamientos mecánicos y térmicos, producto de las subestructuras obtenidas. Los compuestos fueron preparados con un sistema de cura basado en azufre y acelerante, y vulcanizados a 160 °C que es una temperatura de interés tecnológico. De esta forma, en función de las distintas composiciones estudiadas se lograron diferentes subestructuras, debido a la distribución de las fases obtenidas y a la diferencia en la densidad de entrecruzamiento (crosslinks). Se efectuaron ensayos de hinchamiento (swelling) a temperatura ambiente con la finalidad de cuantificar la densidad de puentes azufre (crosslinks) formados durante la reacción de vulcanización. Luego las muestras fueron caracterizadas por ensayos mecánico-dinámicos, calorimetría diferencial de barrido (DSC), dispersión de rayos X a bajos ángulos (SAXS), Espectroscopía de tiempo de aniquilación de positrones (PALS), Espectroscopía Infrarroja (FT-IR) y Microscopía electrónica de Barrido (SEM). Los resultados obtenidos mediante estas técnicas en las muestras vulcanizadas son analizados considerando la composición de la muestra y la influencia de los puentes formados. Muchos de los resultados obtenidos de las mezclas fabricadas a partir de soluciones de los cauchos fueron comparados con otras mezclas similares fabricadas mecánicamente en un molino de laboratorio. Las micrografías SEM revelaron importantes diferencias morfológicas que indican una mayor miscibilidad en las mezclas fabricadas por solución. Las mediciones reométricas y viscosimétricas revelaron resultados que evidencian una fuerte influencia de los nudos topológicos (entanglements) en las propiedades físicas y mecánicas de las muestras. Se observó que dicha influencia es reducida si las mezclas son fabricadas a partir de soluciones de los cauchos, y el efecto de reducción es más acentuado en mezclas compuestas mayormente por NR. Mediante los resultados de mediciones de DSC efectuados en las mezclas preparadas por solución se pudo evaluar las temperaturas de transición vítrea de cada fase en las mezclas. También fue posible evidenciar la presencia de una interfase cuando ésta técnica se aplico a un estudio en la mezcla de composición 50NR/50SBR. Las mediciones mecánica-dinámicas efectuadas en un péndulo de torsión de oscilaciones forzadas permitieron caracterizar la transición del estado vítreo al elástico de las mezclas vulcanizadas por ambos métodos de fabricación. Los resultados evidenciaron una mayor miscibilidad en las mezclas preparadas por solución. Los resultados obtenidos permitieron caracterizar la estructura de cada una de las mezclas vulcanizadas estudiadas y establecer un vínculo con las propiedades mecánicas y térmicas, en particular como varía con la composición del compuesto y la estructura de fases formada.

Abstract:
The thesis work here exposed represents the investigation on a subject of great interest both scientific as technologically, as is the study of vulcanized elastomer blends composed by natural rubber NR and styrene butadiene rubber SBR. They are about of the most used elastomer globally for various industrial applications, particularly as compounds in different types of tires. It has been developed a technique for preparing elastomer blends at laboratory scale by dissolving in a suitable solvent both elastomer, incorporation of curatives, mixing and subsequent evaporation. In this way 11 compounds were made with different proportions of NR/SBR. Also similar mixtures were used, prepared in a laboratory mill. Precisely the difference in the method of mixing of these samples led to different mechanical and thermal behavior, as a product of the obtained substructures. The compounds were prepared using a cure system based on sulphur and accelerator, and vulcanized at 160°C which is a temperature value of technological interest. Thus, according to the variation in the composition, different substructures were achieved, due to the phase distribution obtained with the crosslink density. Swelling tests were carried out at room temperature in order to quantify the sulphur crosslink density formed during the vulcanization reaction. Then the samples were characterized by dynamic mechanical analysis (DMA), differential scanning calorimetry (DSC), small angle X-ray scattering (SAXS), positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), infrared spectroscopy (FT-IR) and scanning electron microscopy (SEM). The obtained results using these techniques in the cure samples were analyzed by considering the composition of the sample and the influence of the crosslinks. Many of the results obtained from the blends made from rubbers solutions were compared with other similar compounds fabricated mechanically in a laboratory roll mill. SEM micrographs showed significant morphological differences that indicate a higher miscibility in the blends made by solution. Viscometric and rheometric measurements revealed results that evidence a strong influence of topological knots (entanglements) in the physical and mechanical properties of the samples. It was observed that such influence is reduced if the mixtures are made from solutions of the rubbers, and the effect is more pronounced in mixtures composed mostly of NR. Through the results of DSC measurements made in the blends prepared by solution it was possible to evaluate the glass transition temperatures of each phase in the blends. Also, it was possible to detect the presence of an interface when this technique is applied to a study on the compound of composition 50NR/50SBR. Dynamic mechanical measurements made in a torsion forced pendulum allowed to characterize the transition from the glassy to the rubbery state in the vulcanized blends prepared by both methods of manufacture. The results demonstrated a higher miscibility in the blends prepared by solution. The obtained results allowed to characterize the structure of each of the vulcanized blends studied and establish a link with the mechanical and thermal properties, in particular, how it varies with the composition of the compound and the formed phase structure.

Acuña, Leandro Marcelo. "Conductores mixtos nanoestructurados para electrodos de celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En el presente trabajo de tesis doctoral se estudiaron propiedades morfológicas, estructurales y eléctricas de óxidos nanoestructurados para ser empleados como electrodos en celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia (IT‐ SOFCs). En particular, se estudiaron soluciones solidas nanoestructuradas de ZrO2‐CeO2 aplicables como ánodo y nanopolvos de cobaltitas de La0,6Sr0,4CoO3‐δ y Sm0,5Sr0,5CoO3‐δ (LSC y SSC, respectivamente) aplicables como cátodo en este tipo de dispositivos. Se sintetizaron polvos nanoestructurados homogéneos en composición de ZrO2‐CeO2 en el rango de composiciones de 50 ‐ 90 % molar CeO2 empleando los métodos de gelificación‐ combustión, complejación de cationes y mojado de poros de membranas poliméricas para la síntesis de nanotubos. Para la síntesis de los polvos de LSC y SSC se emplearon los métodos de complejación de cationes, liofilización y gelificación‐combustión. La morfología de los productos sintetizados se estudió por medio de microscopía electrónica de barrido y de transmisión (SEM y TEM) y análisis de área superficial específica (BET). Los estudios sobre las propiedades estructurales se realizaron por medio de las técnicas de difracción de rayos‐X y espectroscopía de absorción de rayos‐X empleando radiación sincrotrón (DRX‐RS y XAS, respectivamente). El estudio del rendimiento electrocatalítico de cátodos de película gruesa preparados a partir de polvos nanoestructurados de LSC y SSC se realizó en celdas simétricas mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). En el caso del sistema ZrO2‐CeO2 los estudios realizados permitieron determinar la influencia del tamaño nanométrico de las cristalitas en las propiedades estructurales de los nanomateriales. En particular, a partir de los estudios por DRX‐RS se construyó un diagrama de fases metaestables para polvos nanoestructurados de ZrO2‐CeO2 homogéneos en composición. Por otro lado, mediante la técnica de XAS se pudieron hallar modelos de orden local para el Zr a partir de los cuales fue posible proponer mecanismos de retención de las fases de alta temperatura a temperatura ambiente en forma metaestable. Estudios de XAS in situ en atmósfera reductora permitieron establecer la relación entre morfología y estado de oxidación del Ce. Por otra parte, con el objeto de obtener morfologías controladas de alta área especifica, se reportó por primera vez la síntesis de nanotubos de ZrO2‐CeO2. Se demostró por primera vez la retención de la fase cúbica de alta temperatura de LSC a temperatura ambiente en polvos nanoestructurados. Los estudios electrocatalíticos indicaron que los cátodos nanoestructurados preparados con nanopolvos de LSC o SSC presentaron un rendimiento muy superior al de los cátodos microestructurados. Se determinó que el proceso limitante en los cátodos nanoestructurados es el de difusión de O2- en el material. Además, los cátodos nanoestructurados presentan mayor difusividad de aniones O2-. Los estudios realizados demostraron que los materiales nanoestructurados presentan características morfológicas, estructurales y eléctricas que los convierte en muy buenos candidatos para ser aplicados como electrodos en IT-SOFCs.

Sartarelli, Salvador Andres. "Adsorción de fluidos sobre sustratos sólidos, estudiada en el marco de funcionales de la densidad" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La adsorción de gases nobles clásicos (Ne, Ar, y Xe) sobre sustratos sólidos de metales alcalinos (Cs, Rb, K, Na, y Li) y algunos otros compuestos es investigada en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad. Estudiamos tanto la adsorción sobre una sola pared plana como el llenado de ranuras planas simétricas. En primer lugar, proponemos una forma para la interacción de pares del fluido que pueda utilizarse en todo el rango de temperaturas, T, entre el punto triple y el crítico (Tt ≤ T ≤ Tc). Verificamos que la predicción para la tensión superficial de la interfase líquido-vapor del Ne, del Ar, y del Xe es correcta. Calculamos isotermas de adsorción y perfiles de la densidad. Analizamos líneas de pre-mojado y determinamos temperaturas de mojado, Tw, y críticas de pre-mojado, Tcpw. En el llenado de ranuras simétricas encontramos que bajo ciertas condiciones los estados fundamentales tienen perfiles de densidad que violan la simetría del potencial ejercido por las paredes. Hay una correlación entre la aparición de estos perfiles asimétricos y la existencia de líneas de pre-mojado. Resolvimos los sistemas aplicando las estadísticas correspondientes a los Ensambles Canónico (sistema cerrado) y Gran Canónico (sistema abierto). Mostramos que para sistemas abiertos también se obtiene soluciones asimétricas. Todos los temas están discutidos en detalle.

Abstract:
The adsorption of noble classical gases (Ne, Ar, y Xe) on solid substrates of alkali metals and other composites are analyzed in the frame of the Density Functional Theory. We investigated both the adsorption on a single wall and the filling of symmetric pore slits. In a first step, we propose an analytical form for pair interaction between fluid atoms can be used over the entire range of temperatures, T, between triple point and the critical one (Tt≤T≤Tc). We verified that predictions for the surface tension of the liquid-vapor interface of Ne, Ar, and Xe are correct. We calculated adsorption isotherms and density profiles. We analyzed the prewetting lines and determined wetting temperatures, Tw, and critical prewetting ones, Tcpw. We found that under certain conditions there are ground states with density profiles that break the symmetry of the potential exerted by the walls. There is a correlation between the ocurrence of asymmetric profiles and the existence of prewetting lines. For solving the equations we applied both the Canonical (closed system) and Grand Canonical (open system) Ensembles. We show that for open system one also gets asymmetric solutions.

Intronati, Guido A.. "Relajación de espín en semiconductores dopados y nanoestructuras semiconductoras" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Actualmente, los dispositivos basados en materiales semiconductores están presentes en varias aplicaciones de comunicación y procesamiento de información. En estos dispositivos, las distintas operaciones involucradas implican el desplazamiento controlado de cargas. Para el almacenamiento de información, arreglos de múltiples capas formadas por metales magnéticos, así como materiales aislantes, son ampliamente utilizados. En este último caso, la información es registrada y recuperada al reorientar dominios magnéticos. La posibilidad de construir dispositivos que uliticen otra propiedad de las partículas, el llamado espín, da lugar al campo de la Espintrónica, a diferencia de la electrónica tradicional basada en la carga eléctrica de las partículas. Más aún, la Espintrónica con materiales semiconductores busca el desarrollo de dispositivos híbridos en los cuales las tres operaciones básicas (lógica, comunicación y almacenamiento) puedan estar integradas en un mismo material. A pesar de los grandes progresos y avances en esta dirección, son varias las preguntas y dificultades técnicas que quedan por resolver. El desafío, entre otros, es entonces entender cómo el espín se comporta e interacciona en un material sólido. El espín, al ser una propiedad cuántica de cualquier partícula elemental, está representada por un estado, susceptible de ser afectado por alguna dada interacción. El espín de un electrón, por ejemplo, puede no sólo interaccionar con un campo magnético externo, sino también acoplarse a otro grado de libertad del electrón. La interacción de espín-órbita, precisamente, se refiere al acoplamiento entre el espín y el estado orbital del mismo electrón. En la primera parte de esta tesis consideramos este último efecto, y en particular, nos ocupamos de un semiconductor bulk de GaAs dopado, y estudiamos la relajación de espín debido a la interacción de espín-órbita. Las densidades de dopantes de nuestro interés están en un rango cercano a la densidad crítica correspondiente a la transición metal-aislante. Por debajo de esta densidad, la propiedades electrónicas del sistema son las de un material aislante, mientras que para densidades mayores, aparece un comportamiento de tipo metálico y en consecuencia, la conductividad a temperatura nula adquiere un valor finito. En esta tesis estudiamos la relajación de espín del lado metálico de la transición debido a dos clases diferentes de interacción espín-órbita. La primera de ellas está asociada a la presencia de impurezas, mientras que la otra aparece como consecuencia de la asimetría de inversión causada por la presencia de dos tipos diferentes de átomos en una celda unidad. Es decir, esta última es una propiedad inherente de la estructura cristalina del material y es también conocida como la interacción de Dresselhaus o BIA, por sus siglas en inglés (bulk inversion asymmetry). Para atacar el problema de la dinámica de espín, desarrollamos una formulación analítica basada en la difusión de espín de un electrón en el régimen metálico de conducción en la banda de impurezas. A través de esta derivación logramos una expresión para el tiempo de relajación de espín, dependiente de la densidad de dopantes y de la intensidad de la interacción de espín-órbita. Notablemente, dicha expresión está exenta de parámetros ajustables. Complementamos este esquema y respaldamos los resultados obtenidos analíticamente con el cálculo numérico del tiempo de vida del espín. Para ello, llevamos a cabo la evolución temporal de un estado inicial con un espín definido. De esta manera, el valor medio del operador de espín evoluciona bajo la influencia del Hamiltoniano completo, que comprende la interacción de espín-órbita y el Hamiltoniano del modelo de Matsubara- Toyozawa. Este último describe la banda de impurezas pero no toma en cuenta el espín. El estado inicialmente polarizado, al no ser un autoestado del operador Hamiltoniano completo, experimenta un decaimiento temporal siguiendo un dado comportamiento, del cual extraemos el tiempo de relajación de espín. En la segunda parte de esta tesis consideramos un sistema cuántico de dimensión cero (punto cuántico o quantum dot) y estudiamos el efecto de la interacción de espín- órbita sobre los autoestados. El quantum dot está alojado entre dos heteroestructuras implantadas en un nanohilo de material InAs. Este material presenta la particularidad que, al ser crecido de manera unidimensional, adquiere una estructura de tipo wurtzita, a diferencia de la estructura zinc blenda que tiene en su fase bulk. Aquí desarrollamos una solución analítica para el quantum dot, considerando la interacción de espín-órbita propia de este tipo de estructuras. Más precisamente, tomamos la interacción de Dresselhaus de la banda de conducción de un material wurtzita que, además de un término cúbico en k -aunque de diferente forma que el de zinc blenda- presenta uno lineal, propio de la wurtzita. El efecto de un campo magnético débil es introducido a través del acoplamiento de tipo Zeeman. Entre los resultados se incluyen además la estructura de espín en el quantum-dot y el cálculo del factor g efectivo en función de las dimensiones del dot. Por último, estudiamos y calculamos la relajación de espín debido a fonones acústicos, teniendo en cuenta para ello los potenciales de fonón correspondientes a la estructura wurtzita.

Abstract:
At present, information-processing and communications are mainly based on semiconductor devices, within which all the operations imply the controlled motion of small pools of charge. For information-storage, multilayers of magnetic metals and insulators are predominantly used. In this last case, the information is stored and retrieved by reorienting magnetic domains. The possibility of building devices that use another property of particles, the spin, gives rise the so-called Spintronics, in contrast to the current charge-based technology. Moreover, semiconductor spintronics pursues the development of hybrid devices where the three basic operations -logic, communications and storagewithin the same materials technology would be possible. In spite of the strong progress and numerous advances in the field, many fundamental questions and technical hurdles remain unsolved. A lot of effort is therefore devoted to understand how the spin behaves and interacts with its solid-state environment. The spin, being a quantum property of any elementary particle, is represented by a state that may change due to some given interaction. The spin of an electron, for example, can not only interact with an external magnetic field, but also with another degree of freedom of the electron. In this sense, the so-called spin-orbit interaction precisely refers to the coupling between the spin and the orbital state of the same electron. In the first part of this thesis we regard this latter effect, and in particular, we adress the problem of the spin-relaxation in a bulk doped GaAs semiconductor resulting from the spin-orbit interaction. Our interest is focused on donor density values close to a critical value, where a metal-insulator transition occurs. Below this density, the electronic properties of the system correspond to that of the insulating regime, while for larger densities, a metallic behaviour appears and accordingly, a non-zero conductivity is measured at T = 0. It is on this metallic side of the transition where we study the spin relaxation due to two different types of spin-orbit coupling. The first of them is associated to the presence of extrinsic impurities, while the other one appears as a consequence of the bulk inversion asymmetry (BIA) brought about by the the presence of two different atoms (Ga and As) in a unit cell. This latter SOC is also known as the Dresselhaus coupling. To tackle the spin dynamics problem, we develop an analytical formulation based on the spin diffusion of an electron in the metallic regime of conduction of the impurity band. The full derivation provides us with an expression for the spin-relaxation time, which depends on the doping density and the spin-orbit coupling strength, and remarkably, is free of adjustable parameters. We complement this approach and back our analytical results with the numerical calculation of the spin lifetime. For this, we perform and track the exact time evolution of an initial state with a defined spin state. We look at the spin operator evolving under the influence of the full Hamiltonian, containing both the spin-orbit interactions and the spin-free Hamiltonian (based on the Matsuba-Toyozawa model) describing the impurity band. The initial polarized state, being no longer an eigenstate, decays following a certain damped time evolution, from which we extract the spin-relaxation time. In the second part of the thesis we consider a zero-dimensional system and study the effect of spin-orbit coupling on the eigenstates. The quantum dot is hosted between two heterojunctions placed in an InAs nanowire. This semiconductor, when grown unidimensionally, presents a wurtzite-type crystal structure, unlike its zincblende phase in bulk. We develop here an exact analytical solution for the quantum dot, taking into account the proper effective spin-orbit coupling for this type of material. We focus on the BIA coupling, which presents a cubic-in-k SOC, yet with a different expression from that of zincblende, and add also the linear-in-k SOC, characteristic of WZ materials. A Zeeman interaction from an external magnetic field is included as well. We calculate the energy spectra for different values of the spin-orbit coupling strength. We also display the spin texture across the dot, compute the effective g-factor as a function of the dot size, and calculate the spin-relaxation due to acoustic phonons, taking into account the phonon potentials corresponding to the wurtzite structure.

Díaz Costanzo, Guadalupe. "Propiedades ópticas de nanocompuestos poliméricos con nanotubos de carbono" (2013-12-30) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se han desarrollado y caracterizado nuevos materiales fotosensibles a partir de la incorporación de moléculas de colorante azobenceno en matrices poliméricas. Se estudió cómo la adición de una nanocarga, capaz de mejorar la resistencia a la rotura e incrementar el módulo elástico, modifica las propiedades ópticas del material. En particular, como colorante se empleó Disperse Orange 3 (DO3) y como nanocarga se usaron nanotubos de carbono (CNTs). La familia de colorantes azobenceno se caracteriza por sufrir un proceso de fotoisomerización reversible, que permite inducir ópticamente distintos efectos como birrefringencia y modulación en el índice de refracción cuando se incorporan en un sistema material. La elección de los CNTs como nanocarga se basó en su estructura electrónica, que podría dar lugar a una interacción con los colorantes azobenceno ya que ambos poseen un sistema delocalizado de electrones π. Se evaluaron dos tipos de polímeros como matrices, un polímero termorrígido (resina epoxi) y un polímero termoplástico (ácido poliláctico) con el objeto de determinar cómo el tipo de estructura modifica la respuesta óptica del colorante. En ambos casos se estudiaron materiales con y sin CNTs. En la primera etapa de esta tesis se estudió la interacción entre nanotubos de carbono y moléculas azobenceno utilizando técnicas ópticas y espectroscópicas. Se determinaron las concentraciones CNTs/DO3 para obtener dispersiones en tetrahidrofurano y en cloroformo estables en el tiempo. Con ellas se desarrollaron los diferentes compuestos poliméricos los cuales fueron caracterizados mediante diferentes técnicas espectroscópicas, mecánicas y ópticas. Se encontró que la adición de CNTs en sistemas fotosensibles compuestos por polímero y colorante genera cambios en la respuesta óptica del nanocompuesto que se manifiestan de forma distinta dependiendo fuertemente de la conformación estructural de la matriz que constituye el material. Finalmente se grabaron figuras de interferencia en los diferentes materiales y se evaluó cómo la presencia de los CNTs afecta la eficiencia de difracción de las redes generadas. Este último punto demuestra las potenciales aplicaciones de los materiales desarrollados en el área de óptica y fotónica como dispositivos de almacenamiento óptico de la información.

Abstract:
New photosensitive materials fabricated by the addition of azobenzene dye molecules into polymeric matrixes have been developed and characterized. It was studied how the addition of a nanocharge, also capable of improving the strength at break and the elastic modulus, modify the optical properties of the material. Particularly, as an azobenzene dye it was used Disperse Orange 3 (DO3) and carbon nanotubes (CNTs) as nanocharges. The family of azobenzene dyes are most known for undergoing a reversible photoisomerization process that allows photoinducing different effects such as birrefringence and modulation of the index refraction when oncorporated into a material system. The choice of CNTs as nanocharges finds it basis on their electronic structure that could let an interaction with the azobenzene dyes since both have a delocalized π electron system. Two kinds of polymers have been tested as matrixes, a termorrigid polymer (epoxy resin) and a thermoplastic polymer (polylactic acid), with the aim of determining how the structure modifies the optical response of the dye. In both cases, materials with and without CNTs were studied. On the first stage of this thesis the interaction between carbon nanotubes and azobenzene molecules was studied using optical and spectroscopic techniques. Concentrations CNTs/DO3 were determined to obtain stable dispersions in tethehydrofuran and chloroform. With these dispersions the polymeric compounds were developed and characterized by means of spectroscopic, mechanic and optical techniques. It was found that the addition of CNTs into photosensitive material systems made of polymers and azobenzene dyes produces changes in the optical response that revealed in different ways strongly depending on the structural conformation of the matrix of the material. At last, interference patterns were recorded on the different materials and it was evaluated how the presence of CNTs affects the efficiency of the recorded diffraction gratings. This last point demostrates the potential applications of the developed materials in the area of optics and photonics as optical storage information devices.

Urdaníz, María Corina. "Interacciones magnéticas en nanoestructuras de metales de transición depositadas sobre sustratos no metálicos" (2014-03-27) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En este trabajo de tesis, a partir de cálculos de primeros principios, realizamos un estudio sistemático de la interacción magnética entre átomos de metales de transición 3d (Cr,Mn, Fe, y Co) al depositar cadenas de losmismos sobre unamonocapamolecular de nitruro de cobre (Cu2N) crecida sobre Cu(001). Nos propusimos reconocer el tipo de interacción magnética que subyace al magnetismo de estas cadenas y analizar, a su vez, como las propiedades magnéticas dependen del sitio de depósito de las mismas. Se comprobó que el efecto del sustrato, que es fuertemente covalente, es muy importante, obteniéndose que distintas geometrías de adsorción dan distinto estado fundamental magnético para una misma cadena y una misma distancia interatómica. Nuestros cálculos indican que en una de las geometrías, la interacción magnética más importante entre los átomos 3d es la de superintercambio. En esta configuración, el estado fundamental como función del llenado de la banda d, pasa de ser no magnético a ser ferromagnético, para finalmente ser antiferromagnético al final de la serie 3d. Posteriormente, y debido a la importancia de la interacción sp-d en la determinación de las interacciones magnéticas en estos sistemas, realizamos los cálculos reemplazando la monocapa de Cu2N por dióxido de cobre (Cu2O ). Estudiamos la dependencia de ls interacción magnética de tipo superintercambio entre los átomos de metal de transición (MT) de las cadenas, con el átomo mediador: nitrógeno (N) u oxígeno (O), según corresponda. Analizamos estos sistemas estudiando primero cadenas libres diatómicas del tipo MT-N y MT-O. Obtuvimos que el comportamiento de estas cadenas es muy similar a lo que se obtiene cuando las cadenas son depositadas sobre una monocapa de Cu2O. Con el objetivo de comprender la naturaleza de esta interacción, introdujimos un Hamiltoniano modelo de tipo superintercambio. Estimamos los parámetros necesarios que determinan la energía de intercambio utilizando la información procedente de las bandas obtenidas de los cálculos ab initio para las cadenas diatómicas MT-N y MT-O. Demostramos que un simple conjunto de parámetros y el uso de supuestos físicamente razonables podrían explicar las tendencias magnéticas observadas. Debido a su importancia para la espintrónica, se obtuvo además , la energía de anisotropía magnética de impurezas y cadenas de átomos de Cr, Mn y Fe depositadas sobre Cu2N/Cu(001). Determinamos los ejes fáciles de magnetización para todas las geometrías de adsorción. Finalmente, se presenta una discusión sobre cómo se modificarían las características de las interacciones mencionadas en función del ancho de capa de nitruro de cobre, considerando cadenas atómicas depositadas sobre bicapas y tricapas del nitruro.

Abstract:
In this thesis, we performed ab initio calculations, to do a systematic study of the magnetic interactions among 3d transition metal (TM) atoms (Cr, Mn, Fe and Co) building chains deposited on a molecular Cu2N monolayer, grown on Cu(001). The goal behind this study has been to recognize the type of magnetic interactions that underlie the magnetism of these chains, and also to analyze how the magnetic properties depend on the site of adsorption of the TM atoms. We find that the effect of the substrate, which is strongly covalent, is extremely important, obtaining that different adsorption geometries give rise to differentmagnetic ground states for the same chain and the same interatomic distances. Our calculations indicate that in one of the studied adsorption geometries, the more importantmagnetic interaction among the 3d atoms is superexchange-like. For this configuration, we find that the magnetic ground state as a function of increasing ’d’ filling, goes from non magnetic to ferromagnetic and finally to antiferromagnetic, at the end of the 3d series. Due to the importance of the sp-d interaction in determining the magnetic behavior of these systems, we performed calculations replacing the Cu2N monolayer by a copper oxide (Cu2O) monolayer and studied the dependence of the superexchange like magnetic interaction with the mediating atom: nitrogen (N) or oxygen (O). We started by studying unsupported diatomic chains of the TM-N and TM-O type, and obtained that the behavior of these chains is very similar to the one they show when deposited on the Cu2O monolayer. In order to understand the nature of this interaction, we introduced a superexchange model Hamiltonian and estimated the necessary parameters that determine the exchange energy using the information coming from the ab initio obtained bands for the unsupported diatomic chains. We demonstrated that a simple set of parameters and the application of physically reasonable assumptions are able to explain the observed magnetic trends. Due to its importance for spintronics, we also obtained themagnetic anisotropy energy of impurities and chains of Cr, Mn and Fe deposited on Cu2N/Cu(001).We determined the easy axis of magnetization for all adsorption geometries. Finally, a discussion is presented on how the characteristics of the interactions can be modified when the width of the underlying covalent substrate is increased.

Güller, Francisco. "Propiedades electrónicas y magnéticas de dicalcogenuros de metales de transición en la nanoescala" (2015-03-27) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis de doctorado se analizan propiedades electrónicas de nanoestructuras de dicalcogenuros de metales de transición. Estos compuestos de naturaleza iónico-covalente, tienen fórmula química MX2, en la cual M es un metal de transición y X puede ser S, Se o Te. Estos compuestos son de naturaleza laminar y tal como acontece con el grafito, las láminas que los constituyen, o sea monocapas de grafeno en el caso del grafito y tricapas atómicas en el caso de los dicalcogenuros, se pueden aislar o separar fácilmente puesto que la unión entre ellas es de tipo van der Waals. En la primera parte de la tesis se exponen propiedades generales de tricapas 2D de los materiales estudiados. Se presentan las características de los dos tipos de politipos, 1T y 1H, en los que aparecen en la naturaleza y se analiza el problema de la estabilidad estructural y la preferencia por uno u otro tipo de politipo. Siendo el objeto principal de esta tesis el estudio de propiedades de nanoestructuras cuasi unidimensionales obtenidas a partir de las tricapas MX2, se focaliza en las características de los estados electrónicos y en el efecto de vacancias e impurezas en los dos tipos de nanocintas 1D que se pueden obtener con más facilidad a partir de ellas. Las nanocintas con bordes tipo diente de sierra son polares, abordamos en particular los efectos de la presencia de polaridad eléctrica en estas nanocintas y analizamos la evolución de la polaridad con el ancho de las cintas y la estabilidad energética frente a nanocintas no polares. Surge a raíz de este estudio la predicción de una transición de fase metalaislante en nanocintas de los dicalcogenuros aislantes MoS2 y MoSe2. En la segunda parte de este trabajo se estudia el surgimiento de magnetismo de baja dimensión en nanocintas de dicalcogenuros metálicos, en particular en el caso de nanocintas de NbS2, compuesto que en dimensión mayor no es magnético. El estado fundamental que se encuentra para estas nanocintas es de tipo de onda de densidad de espín (SDW) Rastreamos el origen de estas soluciones magnéticas a particularidades de la superficie de Fermi de las tricapas a partir de las cuales se generan las nanocintas. Palabras clave: Nanoestructuras, Dicalcogenenuros de Metales de Transición, Polaridad en nanoestructuras, Nanomagnetismo, Ondas de Densidad de Espín.

Abstract:
In this thesis we analyze electronic properties of transition metal dichalcogenide nanostructures. These compounds have the chemical formula MX2, where M is a transition metal atom and X can be S, Se or Te. They show varying degrees of covalency in their atomic bonds. As in the case of graphite, dichalcogenides have laminar structures. Their constituting layers, atomic monolayers in the case of graphite (graphene) and trilayers in the case of the dichalcogenides of our interest, can be easily isolated since the interaction between them is of van der Waals type. The first part of the thesis describes general properties of 2D trilayers of the studied materials. The characteristics of the two polytypes which appear in nature, 1T and 2H, are analyzed, together with the problem of structural stability and the preference of a given dichalcogenide for one or the other polytype. The main theme of this thesis being the study of quasi onedimensional nanostructures obtained from the MX2 trilayers, its´ focus is set on the characteristics of the electronic states and on the effect of vacancies and impurities in the two simplest types of 1D nanoribbons: the so-called zigzag and armchair types. Zig-zag nanoribbons are polar, and we pay special attention to the effects of electrical polarity in these nanoribbons. We analyze the evolution of polarity effects with ribbons' width and the energetic stability in comparison to non polar nanoribbons. Based on the results of this study, we predict a metal to insulator phase transition in nanoribbons of the non-metallic dichalcogenides MoS2 y MoSe2. The second part of this work describes the emergence of low-dimensional magnetism in nanoribbons of metallic dichalcogenides, in particular NbS2, a compound which does not show magnetic order in two or three dimensions. The ground state found for these nanoribbons is a type of spin density wave (SDW). We trace the origin of these magnetic solutions to peculiarities of the Fermi surface of the trilayers from which the nanoribbons originate. Keywords: Nanostructures, Transition Metal Dichalcogenides, Polarity in nanostructures, Nanomagnetism, Spin Density Waves.

Pellegrotti, Jesica Vanesa. "Manipulación de fluorescencia molecular mediante nanopartículas metálicas" (2015-03-31) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Rodríguez Garraza, Ana Lucía. "Estudio de la microestructura y su influencia en propiedades físicas del caucho polibutadieno y caucho poliisopreno reticulado con peróxido" (2015-08-19) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El objetivo de la presente investigación es analizar las relajaciones estructurales que se producen en caucho polibutadieno (BR) y en caucho cis-poliisopreno (IR), cuando se encuentran reticulados mediante un proceso de curado con peróxido de dicumilo como agente reticulante. Las propiedades de los compuestos vulcanizados dependen principalmente de la microestructura del polímero sin curar, de la formulación del compuesto y de las condiciones de cura, debido a que éstas determinan la estructura de red formada durante el proceso de vulcanización. En esta tesis, se estudiaron tres polibutadienos de diferente estructura molecular (97% de contenido cis, 37 % de contenido cis y 70% de contenido vinilo) y un caucho cis-poliisopreno. Con la finalidad de lograr materiales con diversas estructuras de red se prepararon compuestos con concentraciones de peróxido de dicumilo entre 0.25 y 4.00 phr (partes por cien de caucho), los cuales fueron vulcanizados entre 150°C y 180°C, que son temperaturas normalmente empleadas en procesos tecnológicos que involucran este tipo de elastómeros. Mediante ensayos reométricos se caracterizó el proceso de vulcanización. Las propiedades mecánicas de los cauchos reticulados dependen fuertemente de la densidad de entrecruzamientos (crosslink) generados en la vulcanización. Para estimar la densidad de entrecruzamientos se utilizó la técnica de hinchamiento en solvente y el formalismo de Flory- Rehner. Al usar este formalismo, es necesario contar con el valor correcto del parámetro de interacción polímero/solvente χ, el cual se calculó para cada uno de los sistemas caucho/tolueno. La técnica de hinchamiento en solvente también fue empleada para estudiar la difusión de tolueno en el material reticulado. Los estudios de densidad de entrecruzamiento se complementaron con experimentos de RMN de doble coherencia cuántica, que permitieron caracterizar la distribución espacial de la densidad de entrecruzamientos. Por otro lado, se efectuaron estudios de espectroscopía infrarroja con los que se determinaron las variaciones que se producen en la composición isomérica (cis, trans, vinilo) de los BR durante la vulcanización, y a partir de esto se caracterizaron los mecanismos que operan durante este proceso. También se estudiaron las propiedades térmicas de cada compuesto por calorimetría diferencial de barrido. Las variaciones en la temperatura de transición vítrea y la cristalización se analizaron en función de la densidad de entrecruzamientos para cada uno de los elastómeros. Utilizando espectroscopía de aniquilación de positrones se determinó el volumen libre de los materiales vulcanizados con la finalidad de obtener correlaciones con la respectiva densidad de entrecruzamiento. Finalmente, se analizaron las relajaciones estructurales mediante espectroscopía dieléctrica de banda ancha. En particular, para el BR, se analizó la influencia de la reticulación y de la composición isomérica en los procesos de relajación α y β. Para el caso del IR, se estudió el efecto de la reticulación en la relajación α y el modo normal. El análisis integral de los resultados obtenidos permitieron caracterizar exhaustivamente la estructura de red de cada uno de los compuestos vulcanizados y de esta manera establecer un vínculo microestructura-propiedades dieléctricas para estos sistemas. Esta información intenta aportar una visión más amplia en cuanto al entendimiento del comportamiento de los elastómeros BR e IR vulcanizados y sus propiedades.

Abstract:
The objective of the present research is to study the structural relaxations that are produced on polybutadiene rubber and cis-polyisoprene rubber when being vulcanized by dicumyl peroxide as crosslinking agent. Vulcanized material properties strongly depend on the microstructure of the uncured polymer, material formulation and curing conditions, since these characteristics determine the network structure that is produced during vulcanization. In this thesis, three different polybutadiene isomers (cis 97%, cis 37%, vinyl 70%) and cispolyisoprene were studied in order to obtain materials bearing different network structures. The systems were prepared with a dicumyl peroxide content in the range of 0.25 to 4.00 phr (parts per hundred of rubber) and cured between 150°C and 180°C, which are temperatures normally used for technological purposes in these elastomers. Rheometric analysis were performed to analyze the vulcanization process. Since the mechanical properties of the crosslinked rubbers strongly depend on the crosslink density generated during the curing process, swelling experiments were performed in the frame of Flory-Rehner relationship to estimate the crosslink density of each vulcanized network. In order to use Flory-Rehner relationship, first it was necessary to evaluate the Flory-Huggins interaction parameter χ, between each of the rubber/toluene systems. The swelling technique in solvent was also employed to study toluene diffusion within crosslinked materials. These studies were complemented with experiments of double quantum coherence NMR, which were used for measuring the crosslinks spatial distribution of each material network. Fourier infrared spectroscopy experiments were performed to determine changes in the isomeric composition (cis, trans, vinyl) that were produced after the vulcanization process and from this analysis, the operating mechanisms during BR curing were characterized. Furthermore, thermal properties of the crosslinked materials were studied by means of differential scanning calorimetry. The variation of the glass transition temperature and the crystallization process and its relation with the crosslink density was analyzed for each type of rubber isomer. Positron annihilation lifetime spectroscopy was employed to measure free nanohole volume which was correlated with the crosslink density. Finally, structural relaxations were studied by broad band dielectric spectroscopy. Particularly, the influence of curing and isomeric composition on α and β relaxation processes was analyzed for BR samples. For the case of IR, the effect of crosslinking on α and normal mode relaxations was studied. A comprehensive analysis of the obtained results allowed a fully characterization of each vulcanized network structure and to establish a link between microstructure and dielectric properties for these systems. This contribution aims to provide a more complete picture of BR and IR vulcanized elastomer behavior and their properties.

Quinteros, Cynthia Paula. "Oxidos delgados para micro y nanoelectrónica: degradación, ruptura y aplicaciones tecnológicas" (2016-03-21) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El trabajo desarrollado en esta Tesis se focaliza en el estudio de mecanismos de transporte eléctrico involucrados en la degradación y eventual ruptura de películas dieléctricas (óxidos delgados). Éstos forman parte de una infinidad de dispositivos que son fabricados en vistas de posibles aplicaciones tecnológicas. El estudio de la degradación adquiere relevancia debido a que es preciso saber cómo se degrada cada componente y cómo ello incide en el comportamiento eléctrico general del dispositivo. Las estructuras estudiadas consisten en apilamientos metal/ óxido/ semiconductor (del inglés MIS) que pueden ser pensados como capacitores y que, en particular, constituyen la estructura básica para la construcción de transistores de efecto campo (MOSFET, según su sigla en inglés). A su vez, la misma estructura se encuentra presente en otro tipo de dispositivo con que se trabajó: las NROM (Nitride Read-Only Memories); que constituyen un tipo particular de las ampliamente difundidas memorias FLASH. Se trata de apilamientos fabricados a nivel comercial que se emplean actualmente como memorias no volátiles. Además, en la misma línea de analizar propiedades eléctricas de óxidos bajo distinto tipo de estímulos, se incursionó en el estudio de estructuras metal/ aislante/ metal (del inglés MIM). En ellas, la conmutación resistiva se muestra como una de las posibles aplicaciones de algunos de los mismos óxidos mencionados con anterioridad. Complementariamente, se analiza la factibilidad de su uso como mecanismo de memoria, en comparación con los mencionados NROM. El trabajo consistió en la caracterización eléctrica, comprensión de los mecanismos de conducción y/o conmutación así como el estudio bajo condiciones de degradación tales como radiación (de fotones , de iones pesados, protones y rayos X) y operación prolongada (procesos de estrés eléctrico). Si bien las distintas estructuras provienen de diversas colaboraciones con otros grupos de investigación, también se efectuaron algunas incursiones en los procesos de fabricación. Este trabajo comienza con la descripción de los efectos producidos por la incidencia de distintos tipos de radiación en estructuras MIS (metal/ aislante/ semiconductor), a partir de un análisis comparativo. Complementariamente, en los mismos apilamientos, se estudió la degradación debida a la aplicación prolongada de un voltaje. Luego se presenta un estudio orientado a comprender si la descarga producida por rayos X incidiendo en estructuras MOSFET condiciona la persistencia de las cargas atrapadas en las cercanías del dato perdido. A continuación, la incursión en estructuras de tipo MIM dio lugar a una serie de indagaciones vinculadas con el tópico de la conmutación resistiva. Se verá que muchas de las técnicas y aprendizajes adquiridos, durante los estudios precedentes, resultaron ventajosos al momento de encarar esta línea. Se puso de manifiesto la conmutación resistiva en muestras basadas en MgO y HfO2. En el primer caso, una conmutación entre estados muy disímiles (en orden de magnitud de la corriente) sugirió la propuesta de alternativas de fabricación. En el segundo, una amplia variedad de experimentos fueron empleados con la finalidad de comprender el comportamiento evidenciado por dicho material, que resultó destacarse por la particularidad de sus propiedades (autolimitación de corriente, ausencia de electroformado, resistencia al estrés eléctrico, etc.).

Abstract:
Studies carried out in this Thesis have been focused on thin film oxide degradation and breakdown mechanisms. Motivation arises from the fact that those films are part of a huge number of devices manufactured for possible technological applications. Degradation analysis becomes relevant since it is necessary to know the way in which each component is modified. Electrical behavior of degraded components is also of paramount importance. Analyzed structures consist of capacitive stacks composed of metal / insulator / semiconductor (MIS) which constitute the basic structure for transistor construction such as MIS - Field Effect technology. The same structure may be observed in the well-known memory technology: NROM devices, which consist of a variety of the so called FLASH memories. Within the same research framework of studying electrical properties of oxide films under different stimuli, resistive switching was dealt with. In this case, stack is somewhat different from that previously mentioned: semiconductor bottom contact is replaced by another metal contact (metal / insulator / metal or MIM). The main goal of this work is to improve the understanding of degradation and breakdown causes as well as the variety of techniques employed to reach that target (electrical characterization, stress measurements, radiation incidence). Although samples were provided by collaborators, some fabrication processes were carried out within the Thesis development. Firstly, radiation incidence on high k based MIS structures was comparatively analyzed from different radiation sources. Afterwards, a complementary degradation mechanism was studied in the same sample type: electrical stress. Since it was shown that radiation incidence is a cause of oxide degradation (producing trapped charge or modifying charge densities) a comprehensive study on simultaneous discharge of NROM based memories was carried out. As it was demonstrated, current technology of FLASH memories (i.e. NROM) seems not to be appropriate for hazard environments, so a different memory type was analyzed: ReRAM devices. Two high k based materials were tested during this work: MgO and HfO2. The first one presented an unusual switching ratio with a low rate of repetition; soft breakdown regime was identified to justify such behavior. The second one, remarkable for its properties (self current limitation, electroforming free, electrical stress hardness), showed that the complex fabrication process produced a more complex stack than the one usually employed.

Kniznik, Laura. "Defectos constitucionales y energía de migración de aluminio en UAI4" (2016-07-07) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El compuesto UAl4 es de interés en la tecnología de los elementos combustibles para reactores nucleares de investigación, ya que estos tienen un diseño donde partículas de un compuesto intermetálico conteniendo uranio se dispersan en un polvo de aluminio. Durante su fabricación y uso, el UAl4 y otros aluminuros crecen por interdifusión entre la aleación de uranio y el aluminio. Esta Tesis aporta conocimiento sobre la formación de los defectos puntuales y la energía de migración de Al en UAl4 a partir de métodos basados en la teoría de la funcional densidad electrónica (DFT), y muestra cómo estos resultados pueden transferirse a modelos semi-empíricos tipo CALPHAD para la simulación del proceso de crecimiento por difusión. En la primera parte de esta Tesis modelamos el crecimiento de UAl4 en un par de difusión UAl3/Al y construimos bases de datos semi-empíricas. Estimamos el coeficiente de heterodifusión a dilución infinita de Al en UAl4. En la segunda parte, realizamos cálculos DFT según el código VASP de las estabilidades del sistema binario U-Al y un análisis estructural, electrónico y magnético del cristal perfecto de UAl4. Investigamos la formación de defectos puntuales en el compuesto y estimamos las entalpías de formación de monovacancias y antisitios. Mediante un modelo estadístico-termodinámico obtuvimos concentraciones de defectos en función de la temperatura y la desviación de la estequiometría. Encontramos los defectos constitucionales y térmicos a ambos lados de la estequiometría, así como los defectos térmicos para UAl4 estequiométrico. Además, estudiamos la relajación estructural local, el ordenamiento magnético y la redistribución electrónica inducidos por el defecto. Luego, modificamos la base de datos para el modelado CALPHAD con las entalpías obtenidas y re-calculamos el diagrama de equilibrio del sistema U-Al. Finalmente, identificamos los mecanismos más probables de migración de Al en UAl4 y calculamos su energía de migración mediante el método NEB implementado en VASP. Proponemos que la difusión de Al en UAl4 ocurre por el mecanismo a primeros vecinos de átomos Al1 con una energía de activación de 1.90 eV que compara relativamente bien con el valor 2.06 eV observado experimentalmente o con el valor 2.17 eV obtenido en esta Tesis utilizando el modelo semi-empírico.

Abstract:
UAl4 compound is of interest in nuclear fuel elements technology for research and test reactors, due to their design where particles of an intermetallic compound containing uranium are dispersed in aluminum powder. During production and utilization, UAl4 and other aluminides grow by interdiffusion between the uranium-based alloy and aluminum. This Thesis provides knowledge about point defects formation and aluminum migration energy in UAl4 from Density Functional Theory (DFT) methods, and also shows how these results can be transferred to semi-empirical CALPHAD models for the simulation of the interdiffusion growth process. In the first part of this Thesis we modeled UAl4 compound growth in a UAl3/Al diffusion couple and we built semi-empirical databases. The tracer diffusion coefficient of Al in UAl4 was estimated. In the second part, we performed DFT calculations implemented in the VASP code for U-Al binary system stabilities and a structural, electronic and magnetic analysis of UAl4 perfect crystal. We investigated point defects formation in the compound and monovacancies and antisites formation enthalpies were estimated. We obtained defect concentrations as a function of temperature and deviation from stoichiometry by means of a statistical thermodynamical model. We found constitutional and thermal defects at both sides of stoichiometry, as well as thermal defects for stoichiometric UAl4. Furthermore, we studied local structural relaxation, defect induced magnetic ordering and electronic density redistribution. Then, using the obtained enthalpies, the database for the CALPHAD modeling was modified and we re-calculated the phase diagram for U-Al system. Finally, we identified the most likely mechanisms for Al migration in UAl4 and the migration energy was calculated using the NEB method implemented in VASP. We propose that Al diffusion in UAl4 occurs by means of the nearest neighbors mechanism of Al1 atoms with activation energy of 1.90 eV, in good agreement with the experimental observed value 2.06 eV or the one obtained in this Thesis with the semi-empirical model, 2.17 eV.

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