Estudos dos mecanismos de cristalização induzida sob altas pressões

• Processo: 12/12380-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2012
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2013
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Antonio Ricardo Zanatta
• Beneficiário: Lucas Romano Muniz
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Químicos Semicondutores amorfos Alta pressão
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Altas Pressões | Cristalização Induzida | espécies metálicas | mecanismos físico | nano-estruturas luminescentes | químicos | Semicondutores Amorfos | Propriedades ópticas e vibracionais mediante a interação entre luz e matéria

Resumo

O objetivo deste projeto é estudar os mecanismos microscópicos de cristalização induzida quando submetido a altas pressões hidrostáticas. Os sistemas investigados serão micro- ou nano-estruturas formadas em matrizes amorfas de semicondutores inorgânicos (a-Si e a-Ge) ou em matrizes com oxigênio (a-SiOx e a-GeOx) ou nitrogênio (a-SiNx e a-GeNx). Os materiais serão depositados sob a forma de filmes finos em três formas distintas: dopados (com concentrações variáveis de espécies metálicas), em multi-camadas (filmes amorfos intercalados a filmes metálicos), e na forma de estruturas laterais (linhas ou pontos de metais rodeados pelo filme amorfo, por exemplo). Em todas as situações, os filmes (e/ou estruturas) serão preparados pela técnica de sputtering de rádio frequência sob diferentes condições experimentais: envolvendo diferentes espécies metálicas (Al, Ni, Cr, Au, Ag, Fe, Zn, Cu, etc.); sob diferentes concentrações atômicas (metal, oxigênio, ou nitrogênio); e a diferentes espessuras/geometrias. Uma vez preparados, os filmes podem cristalizar de forma "espontânea" (a partir de uma concentração específica de metal) e/ou ativados por tratamentos térmicos ou pressão hidrostática. Para o caso de cristalização por tratamento térmico, e devido à presença do metal, a cristalização ocorre a temperaturas sensivelmente menores que aquelas obtidas via cristalização térmica convencional. Tanto um processo de cristalização quanto o outro têm origem a partir da presença de uma "semente" cristalina (micro- ou nano-cristal) presente no seu interior. Os filmes serão caracterizados por meio de diferentes técnicas experimentais: espalhamento Raman, espectroscopia óptica (absorção e emissão nas regiões do UV-VIS-NIR), difração de raios-X (XRD), microscopia eletrônica (SEM e TEM), e Rutherford backscattering (RBS), por exemplo. Além do preparo e da investigação sistemática de amostras, o grande diferencial do presente projeto consiste na utilização de uma célula de pressão (DAC - diamond anvil cell) para o estudo dos mecanismos de cristalização (PIC - pressure induced crystallization). Segundo esta abordagem, procuraremos investigar em detalhe os mecanismos envolvidos no processo de cristalização, bem como a eventual formação de estruturas luminescentes, a partir da ação combinada de espécies metálicas, temperatura, e pressão. A partir de uma metodologia original, esperamos obter uma visão microscópica (e realista) dos principais fenômenos que regem a formação de micro- ou nano-estruturas em semicondutores amorfos - quer seja devido à presença de espécies metálicas e/ou à aplicação de pressões externas. Por fim, esperamos que o preparo-estudo de nano-cristais luminescentes (principalmente com emissão de luz na região do visível) possa ser sensivelmente melhorado com a presença de espécies metálicas, uma vez que a cristalização induzida permitiria a formação de cristalitos a temperaturas muito mais baixas que aquelas tipicamente reportadas na literatura.