Pesquisa e desenvolvimento de materiais nanoestruturados para aplicações eletrônicas e de física de superfícies

• Processo: 12/10127-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2013
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Fernando Alvarez
• Beneficiário: Fernando Alvarez
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Antonio Ricardo Zanatta ; Francisco das Chagas Marques ; Maria Cristina dos Santos
• Pesquisadores associados: Luiz Fernando Zagonel ; Roosevelt Droppa Junior
• Auxílio(s) vinculado(s): 14/50718-8 - Ultrathin semiconductors deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) for solar cell application, AP.R
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/00757-0 - Estudo e controle das orientações cristalinas em heterojunções MoS2/TiO2 e MoS2/TiO2:H e seus efeitos sobre suas propriedades físico-químicas, BP.PD; 13/26385-6 - Desenvolvimento e estudo de nanopartículas geradoras de múltiplos éxcitons e efeito plasmônico para células solares, BP.PD
• Assunto(s): Nanotubos de carbono Propriedades de superfície Materiais nanoestruturados Propriedades mecânicas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cálculos de primeiros princípios | Dispositivos Luminescentes | Materiais avançados | Materiais nanoestruturados | Nanotubos de Carbono | Propriedades de superfície | Propriedades mecânicas | Ciência de Materiais

Resumo

A proposta deste projeto é estudar experimental e teoricamente as propriedades físicas de materiais nano-estruturados para aplicações na indústria microeletrônica, metalúrgica de transformação e aplicações na área de Física de Superfícies. Os objetivos do projeto estão focados no estudo das propriedades ópticas, elétricas, estruturais, e mecânicas de materiais nanoestruturas à base de carbono - obtidos a partir da fase gasosa, feixe iônico, pulverização catódica, evaporação por laser, descarga em arcos, atomic layer deposition - assim como metais implantados pela técnica de plasma pulsado e camadas protetoras duras nano-estruturadas (nanocomposites). Serão estudados nitretos metálicos e o tratamento de superfícies para aplicações na indústria metal-mecânica, materiais luminescentes amorfos dopados com íons terra-rara, filmes duros para aplicações em recobrimentos protetores, assim como nano-tubos de carbono obtidos por CVD. Estes objetivos estão ligados à nossa experiência de pesquisa e desenvolvimento e com o programa de pós-graduação do Instituto de Física Gleb Wataghin, os Institutos de Física da Universidade de São Paulo (São Paulo e São Carlos), e do Laboratório Nacional de Luz Sincrotron envolvidos no projeto. A incorporação no projeto do recentemente criado Departamento de Física da Universidade do ABC ao projeto permitirá potencializar a capacidade deste novo empreendimento de ensino e pesquisa no Estado de São Paulo. A formação de profissionais nos quatro níveis, i.e., graduação, mestrado, doutorado, e pós-doutorado é um ingrediente fundamental do projeto. É importante salientar que nossos experimentos estarão acompanhados de estudos teóricos com o intuito de ter um entendimento abrangente dos resultados obtidos. Para entender as propriedades físicas, o projeto contempla o uso de diferentes técnicas tais como espectroscopia de fotoelétrons nas energias de camadas profundas e de valência, microscopia eletrônica e de força atômica, difração de raios x, nano-dureza, e espectroscopia óptica. Procederemos ao desenvolvimento e utilização de técnicas avançadas de caracterização microscópica (mapeamento químico e catodo-luminescência) compatíveis com alguns dos materiais a serem investigados. Estudos teóricos serão feitos para modelagem de estruturas moleculares e cálculos de estrutura eletrônica utilizando primeiros princípios e métodos semi-empíricos, dinâmica molecular, cálculos que nos permitam projetar novos materiais. O projeto contempla, também, um considerável esforço para transferir avanços tecnológicos à indústria local. (AU)

Publicações científicas

(43)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

HOYE, ROBERT L. Z.; SCHULZ, PHILIP; SCHELHAS, LAURA T.; HOLDER, AARON M.; STONE, KEVIN H.; PERKINS, JOHN D.; VIGIL-FOWLER, DEREK; SIOL, SEBASTIAN; SCANLON, DAVID O.; ZAKUTAYEV, ANDRIY; et al. Perovskite-Inspired Photovoltaic Materials: Toward Best Practices in Materials Characterization and Calculations. Chemistry of Materials, v. 29, n. 5, p. 1964-1988, MAR 14 2017. (12/10127-5, 14/50718-8)

JIMENEZ, M. J. M.; ANTUNES, V.; CUCATTI, S.; RIUL, JR., A.; ZAGONEL, L. F.; FIGUEROA, C. A.; WISNIVESKY, D.; ALVAREZ, F.. Physical and micro-nano-structure properties of chromium nitride coating deposited by RF sputtering using dynamic glancing angle deposition. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 372, p. 268-277, AUG 25 2019. (12/10127-5)

COUTINHO, NATALIA F.; CUCATTI, SILVIA; MERLO, RAFAEL B.; SILVA FILHO, JOSE MARIA C.; BORRERO VILLEGAS, NELSON F.; ALVAREZ, FERNANDO; NOGUEIRA, ANA F.; MARQUES, FRANCISCO C.. The Thermomechanical Properties of Thermally Evaporated Bismuth Triiodide Thin Films. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, AUG 13 2019. (12/10127-5, 17/11986-5)

JIMENEZ, M. J. M.; ANTUNES, V. G.; ZAGONEL, L. F.; FIGUEROA, C. A.; WISNIVESKY, D.; ALVAREZ, F.. Effect of the period of the substrate oscillation in the dynamic glancing angle deposition technique: A columnar periodic nanostructure formation. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 383, FEB 15 2020. (12/10127-5)

CEMIN, FELIPE; TSUKAMOTO, MAKOTO; KERAUDY, JULIEN; ANTUNES, VINICIUS GABRIEL; HELMERSSON, ULF; ALVAREZ, FERNANDO; MINEA, TIBERIU; LUNDIN, DANIEL. Low-energy ion irradiation in HiPIMS to enable anataseTiO(2) selective growth. JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS, v. 51, n. 23, JUN 13 2018. (12/10127-5)

ZANATTA, A. R.. Whitish light-emitting ZnO micro-flakes: their production and optical properties. OPTICAL MATERIALS EXPRESS, v. 8, n. 2, p. 270-275, FEB 1 2018. (12/10127-5)

CUCATTI, S.; OCHOA, E. A.; MORALES, M.; DROPPA, JR., R.; GARCIA, J.; PINTO, H. C.; ZAGONEL, L. F.; WISNIVESKY, D.; FIGUEROA, C. A.; ALVAREZ, F.. Effect of bombarding steel with Xe+ ions on the surface nanostructure and on pulsed plasma nitriding process. Materials Chemistry and Physics, v. 149, p. 261-269, JAN 15 2015. (12/10127-5)

ERMAKOV, VIKTOR A.; CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; BONATO, LUIZ GUSTAVO; VARDHAN MOGILI, NAGA VISHNU; MONTORO, FABIANO EMMANUEL; IIKAWA, FERNANDO; NOGUEIRA, ANA FLAVIA; CESAR, CARLOS LENZ; JIMENEZ-VILLAR, ERNESTO; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Three-Dimensional Superlattice of PbS Quantum Dots in Flakes. ACS OMEGA, v. 3, n. 2, p. 2027-2032, FEB 2018. (05/51689-2, 13/26385-6, 11/51959-0, 08/57906-3, 12/10127-5, 17/05854-9)

ANTUNES, V. G.; FIGUEROA, C. A.; ALVAREZ, F.. A comprehensive study of the TiN/Si interface by X-ray photoelectron spectroscopy. Applied Surface Science, v. 448, p. 502-509, AUG 1 2018. (12/10127-5)

CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Structural and optical temperature-dependent properties of PbS thin films deposited by radio frequency sputtering. MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING, v. 91, p. 188-193, MAR 2019. (12/10127-5)

CUCATTI, S.; DROPPA, JR., R.; FIGUEROA, C. A.; KLAUS, M.; GENZEL, CH.; ALVAREZ, F.. Residual stress in nano-structured stainless steel (AISI 316L) prompted by Xe+ ion bombardment at different impinging angles. Journal of Applied Physics, v. 120, n. 14, OCT 14 2016. (12/10127-5)

MORALES, M.; MERLO, R. B.; DROPPA, JR., R.; ALVAREZ, F.. Self-organized 2D Ni particles deposited on titanium oxynitride-coated Si sculpted by a low energy ion beam. JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS, v. 47, n. 19, MAY 14 2014. (12/10127-5)

VILLEGAS BORRERO, NELSON FABIAN; CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; ERMAKOV, VIKTOR A.; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Silver nanoparticles produced by laser ablation for a study on the effect of SERS with low laser power on N719 dye and Rhodamine-B. MRS ADVANCES, v. 4, n. 11-12, p. 723-731, 2019. (12/10127-5, 13/26385-6)

ERMAKOV, VICTOR A.; JIMENEZ-VILLAR, ERNESTO; CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; YASSITEPE, EMRE; VARDHAN MOGILI, NAGA VISHNU; IIKAWA, FERNANDO; DE SA, GILBERTO FERNANDES; CESAR, CARLOS LENZ; MARQUEST, FRANCISCO CHAGAS. Size Control of Silver-Core/Silica-Shell Nanoparticles Fabricated by Laser-Ablation-Assisted Chemical Reduction. Langmuir, v. 33, n. 9, p. 2257-2262, MAR 7 2017. (05/51689-2, 13/26385-6, 11/51959-0, 08/57906-3, 12/10127-5)

CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; ERMAKOV, VIKTOR A.; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Perovskite Thin Film Synthesised from Sputtered Lead Sulphide. SCIENTIFIC REPORTS, v. 8, JAN 24 2018. (12/10127-5, 13/26385-6)

SALES DE MELLO, S. R.; MAIA DA COSTA, M. E. H.; MENEZES, C. M.; BOEIRA, C. D.; FREIRE, JR., F. L.; ALVAREZ, F.; FIGUEROA, C. A.. On the phonon dissipation contribution to nanoscale friction by direct contact. SCIENTIFIC REPORTS, v. 7, JUN 12 2017. (12/10127-5)

CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; VILLEGAS BORRERO, NELSON FABIAN; VIANA, GUSTAVO ALEXANDRE; MERLO, RAFAEL BORGES; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Lead Iodide Thin Films via rf Sputtering. Crystal Growth & Design, v. 20, n. 3, p. 1531-1537, MAR 2020. (12/10127-5)

LITORIA, ADITYA K.; JOSHI, MANOJ D.; ANTUNES, V.; SINGH, DIGVIJAY; FIGUEROA, CARLOS A.; ALVAREZ, F.; HOSMANI, SANTOSH S.. The response of boronized 34CrAlMo5-10 (EN41B) steel to nanoindentation, oxidation, and wear. PHILOSOPHICAL MAGAZINE, v. 101, n. 7, p. 777-818, APR 3 2021. (12/10127-5, 18/24461-0, 19/00757-0)

CLEMENTE DA SILVA FILHO, JOSE MARIA; LANDERS, RICHARD; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS. Lead Iodide and Perovskite Films Obtained by Iodination of PbS Thin Films. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, v. 29, n. 6, p. 2161-2167, NOV 2019. (12/10127-5)

MARQUES, FRANCISCO CHAGAS; SOARES CORTES, ANDRESA DEOCLIDIA; MEI, PAULO ROBERTO. Solar Cells Fabricated in Upgraded Metallurgical Silicon, Obtained Through Vacuum Degassing and Czochralski Growth. SILICON, v. 11, n. 1, p. 77-83, FEB 2019. (12/10127-5)

COUTINHO, NATALIA F.; CUCATTI, SILVIA; MERLO, RAFAEL B.; ANTUNES, VINICIUS G.; ALVAREZ, FERNANDO; MARQUES, FRANCISCO C.. Stress, Hardness and Elastic Modulus of Bismuth Triiodide (BiI3). MRS ADVANCES, v. 3, n. 64, p. 3925-3931, 2018. (12/10127-5)

HOYE, ROBERT L. Z.; SCHULZ, PHILIP; SCHELHAS, LAURA T.; HOLDER, AARON M.; STONE, KEVIN H.; PERKINS, JOHN D.; VIGIL-FOWLER, DEREK; SIOL, SEBASTIAN; SCANLON, DAVID O.; ZAKUTAYEV, ANDRIY; et al. Perovskite-Inspired Photovoltaic Materials: Toward Best Practices in Materials Characterization and Calculations. CHEMISTRY OF MATERIALS, v. 29, n. 5, p. 25-pg., 2017-03-14. (14/50718-8, 12/10127-5)

ZAGONEL, L. F.; TIZEI, L. H. G.; VITIELLO, G. Z.; JACOPIN, G.; RIGUTTI, L.; TCHERNYCHEVA, M.; JULIEN, F. H.; SONGMUANG, R.; OSTASEVICIUS, T.; DE LA PENA, F.; et al. Nanometer-scale monitoring of quantum-confined Stark effect and emission efficiency droop in multiple GaN/AlN quantum disks in nanowires. Physical Review B, v. 93, n. 20, MAY 6 2016. (12/10127-5, 14/23399-9)

KOCIAK, M.; ZAGONEL, L. F.. yy Cathodoluminescence in the scanning transmission electron microscope. ULTRAMICROSCOPY, v. 176, n. SI, p. 112-131, MAY 2017. (12/10127-5, 14/23399-9)

ZANATTA, A. R.; SCOCA, D.; ALVAREZ, F.. A suitable (wide-range plus linear) temperature sensor based on Tm3+ ions. SCIENTIFIC REPORTS, v. 7, OCT 26 2017. (12/10127-5)

DA SILVA, BRUNO C.; OLIVEIRA, DOUGLAS S.; IIKAWA, FERNANDO; COUTO, JR., ODILON D. D.; BETTINI, JEFFERSON; ZAGONEL, LUIZ F.; COTTA, MONICA A.. Exploring Au Droplet Motion in Nanowire Growth: A Simple Route toward Asymmetric GaP Morphologies. Nano Letters, v. 17, n. 12, p. 7274-7282, DEC 2017. (12/11382-9, 15/16611-4, 16/16365-6, 14/23399-9, 13/02300-1, 12/10127-5)

RAMOS, RAUL; SCOCA, DIEGO; MERLO, RAFAEL BORGES; MARQUES, FRANCISCO CHAGAS; ALVAREZ, FERNANDO; ZAGONEL, LUIZ FERNANDO. Study of nitrogen ion doping of titanium dioxide films. Applied Surface Science, v. 443, p. 619-627, JUN 15 2018. (12/10127-5, 14/23399-9)

COUTINHO, NATALIA F.; MENLO, RAFAEL B.; BORRERO, V, NELSON F.; MARQUES, FRANCISCO C.. Thermal Evaporated Bismuth Triiodide (BiI3) Thin Films for Photovoltaic Applications. MRS ADVANCES, v. 3, n. 55, p. 3233-3236, 2018. (12/10127-5)

SCOCA, DIEGO L. S.; CEMIN, FELIPE; BILMES, SARA A.; FIGUEROA, CARLOS A.; ZANATTA, ANTONIO R.; ALVAREZ, FERNANDO. Role of Rare Earth Elements and Entropy on the Anatase-To-Rutile Phase Transformation of TiO2 Thin Films Deposited by Ion Beam Sputtering. ACS OMEGA, v. 5, n. 43, p. 28027-28036, NOV 3 2020. (12/10127-5, 18/24461-0, 19/18460-4)

ECHEVERRIGARAY, FERNANDO G.; DE MELLO, SARON R. S.; LEIDENS, LEONARDO M.; MAIA DA COSTA, MARCELO E. H.; ALVAREZ, FERNANDO; BURGO, THIAGO A. L.; MICHELS, ALEXANDRE F.; FIGUEROA, CARLOS A.. Towards superlubricity in nanostructured surfaces: the role of van der Waals forces. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 20, n. 34, p. 21949-21959, SEP 14 2018. (12/10127-5)

BOGONI JR, NERIO; MENEZES, CAREN M.; COSTI, FERNANDA B.; PEROTTI, BRUNA L.; ECHEVERRIGARAY, FERNANDO G.; PEROTTONI, CLAUDIO A.; ALVAREZ, FERNANDO; FIGUEROA, CARLOS A.. Nanoscopic origin of the dissipative friction forces on a diamond tip sliding on magnetite surfaces. Thin Solid Films, v. 660, p. 258-262, AUG 30 2018. (12/10127-5)

ECHEVERRIGARAY, F. G.; SALES DE MELLO, S. R.; BOEIRA, C. D.; LEIDENS, L. M.; MAIA DA COSTA, M. E. H.; FREIRE, JR., F. L.; ALVAREZ, F.; MICHELS, A. F.; FIGUEROA, C. A.. Nanoindentation unidirectional sliding and lateral force microscopy: Evaluation of experimental techniques to measure friction at the nanoscale. AIP ADVANCES, v. 8, n. 12, DEC 2018. (12/10127-5)

JIMENEZ-VILLAR, ERNESTO; XAVIER, M. C. S.; WETTER, NIKLAUS U.; MESTRE, VALDECI; MARTINS, WELITON S.; BASSO, GABRIEL F.; ERMAKOV, V. A.; MARQUES, F. C.; DE SA, GILBERTO F.. Anomalous transport of light at the phase transition to localization: strong dependence with incident angle. PHOTONICS RESEARCH, v. 6, n. 10, p. 929-942, OCT 1 2018. (12/10127-5, 17/10765-5, 17/05854-9)

CEMIN, F.; BIM, L. T.; LEIDENS, L. M.; MORALES, M.; BAUMVOL, I. J. R.; ALVAREZ, F.; FIGUEROA, C. A.. Identification of the Chemical Bonding Prompting Adhesion of a-C:H Thin Films on Ferrous Alloy Intermediated by a SiCx:H Buffer Layer. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 7, n. 29, p. 15909-15917, JUL 29 2015. (12/10127-5)

VALES, S.; BRITO, P.; PINEDA, F. A. G.; OCHOA, E. A.; DROPPA, JR., R.; GARCIA, J.; MORALES, M.; ALVAREZ, F.; PINTO, H.. Influence of substrate pre-treatments by Xe+ ion bombardment and plasma nitriding on the behavior of TiN coatings deposited by plasma reactive sputtering on 100Cr6 steel. Materials Chemistry and Physics, v. 177, p. 156-163, JUL 1 2016. (12/10127-5, 10/11391-2)

FREISLEBEM, MARCIA; MENEZES, CAREN M.; CEMIN, FELIPE; COSTI, FERNANDA B.; FERREIRA, PATRICIA A.; AGUZZOLI, CESAR; BAUMVOL, ISRAEL J. R.; ALVAREZ, FERNANDO; FIGUEROA, CARLOS A.. Influence of the chemical surface structure on the nanoscale friction in plasma nitrided and post-oxidized ferrous alloy. Applied Physics Letters, v. 105, n. 11, SEP 15 2014. (12/10127-5)

MORALES, M.; DROPPA, JR., R.; DE MELLO, S. R. S.; FIGUEROA, C. A.; ZANATTA, A. R.; ALVAREZ, F.. Self-organized nickel nanoparticles on nanostructured silicon substrate intermediated by a titanium oxynitride (TiNxOy) interface. AIP ADVANCES, v. 8, n. 1, JAN 2018. (12/10127-5)

CEMIN, F.; BIM, L. T.; MENEZES, C. M.; MAIA DA COSTA, M. E. H.; BAUMVOL, I. J. R.; ALVAREZ, F.; FIGUEROA, C. A.. The influence of different silicon adhesion interlayers on the tribological behavior of DLC thin films deposited on steel by EC-PECVD. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 283, p. 115-121, DEC 15 2015. (12/10127-5)

CRESPI, A. E.; LEIDENS, L. M.; AGUZZOLI, C.; ALVAREZ, F.; FIGUEROA, C. A.. Influence of hydrogen etching on the adhesion of coated ferrous alloy by hydrogenated amorphous carbon deposited at low temperature. VACUUM, v. 144, p. 243-246, OCT 2017. (12/10127-5)

LANZA, GUSTAVO; JIMENEZ, MAWIN J. MARTINEZ; ALVAREZ, FERNANDO; PEREZ-TABORDA, JAIME ANDRES; AVILA, ALBA. Valence State Tuning of Gold Nanoparticles in the Dewetting Process: An X-ray Photoelectron Spectroscopy Study. ACS OMEGA, v. N/A, p. 7-pg., 2022-09-15. (12/10127-5, 19/18460-4)

ANTUNES, VINICIUS G.; FIGUEROA, CARLOS A.; ALVAREZ, FERNANDO. Chemisorption Competition between H2O and H-2 for Sites on the Si Surface under Xe+ Ion Bombardment: An XPS Study. Langmuir, v. 38, n. 6, p. 8-pg., 2022-02-15. (12/10127-5, 19/00757-0, 19/18460-4, 18/24461-0)

KOCIAK, M.; ZAGONEL, L. F.. Cathodoluminescence in the scanning transmission electron microscope. ULTRAMICROSCOPY, v. 176, p. 20-pg., 2017-05-01. (14/23399-9, 12/10127-5)

ZAGONEL, L. F.; TIZEI, L. H. G.; VITIELLO, G. Z.; JACOPIN, G.; RIGUTTI, L.; TCHERNYCHEVA, M.; JULIEN, F. H.; SONGMUANG, R.; OSTASEVICIUS, T.; DE LA PENA, F.; et al. Nanometer-scale monitoring of quantum-confined Stark effect and emission efficiency droop in multiple GaN/AlN quantum disks in nanowires. PHYSICAL REVIEW B, v. 93, n. 20, p. 12-pg., 2016-05-06. (14/23399-9, 12/10127-5)

Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa