Estudo das propriedades eletrˆonicas e estruturais de...

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Estudo das propriedades eletrˆonicas e estruturais de sistemas nano-estruturados crescidos sobre superf´ ıcies vicinais Edmar Avellar Soares Depto. de F´ ısica, ICEX, UFMG 23 de julho de 2008 1 Objetivo O objetivo deste projeto ´ e estudar, in situ, as propriedades eletrˆonicas e estruturais de sistemas nano-estruturados crescidos sobre superf´ ıcies vicinais (alto ´ ındice de Miller) tais como Ag(977), Ag(1,1,17), Ni(977) e Pt(533). Para a investiga¸ c˜aodaspropriedades eletrˆonicas iremos utilizar t´ ecnicas de espectroscopia de fotoel´ etrons (XPS e UPS) e de tunelamento (STS). Para a determina¸ c˜ao das propriedades estruturais iremos utilizar ecnicas de difra¸ c˜aodeel´ etrons (LEED) e microscopia de tunelamento (STM) 2 Revis˜ ao da literatura e justificativa A possibilidade de se obter objetos de dimens˜oes nanom´ etricas sobre uma superf´ ıcie abre novas perspectivas, tanto para a pesquisa fundamental, quanto para as aplica¸ c˜oes tecnol´ogicas. Noregimenanom´ etrico, onde a raz˜ao ´area desuperf´ ıcie por volume ´ e con- sider´avel, as propriedades f´ ısicas da mat´ eria podem vir a ser notavelmente diferentes da- quelas dos seus correspondentes volum´ etricos. Por exemplo, o confinamento eletrˆonico tri-dimensional dentro das nano-estruturas semicondutoras provoca o surgimento de estados eletrˆonicos discretos levando a propriedades ´opticas bastante interessantes [1]. Um ramo onde os processos f´ ısicos que ocorrem em escala nanom´ etrica desempe- nham um papel fundamental ´ e o da cat´alise. O completo entendimento dos processos ısicos e qu´ ımicos que determinam a atividade catal´ ıtica dos materiais permitiria a me- lhora do rendimento e da seletividade dos catalizadores envolvidos em rea¸ c˜oes qu´ ımicas. Por exemplo, atualmente j´a se sabe que o tamanho das nano-part´ ıculas desempenha um papel fundamental em cat´alise heterogˆ enia. Nano-part´ ıculas de Au suportadas em TiO 2 (110)(1 × 1), cujos tamanhos s˜ao da ordem de 3 nm de diˆametro, s˜ao excelentes catalizadores na oxida¸ c˜ao de mon´oxido de carbono a baixa temperatura. Por´ em,s˜ao 1

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Estudo das propriedades eletronicas e estruturais de

sistemas nano-estruturados crescidos sobre

superfıcies vicinais

Edmar Avellar SoaresDepto. de Fısica, ICEX, UFMG

23 de julho de 2008

1 Objetivo

O objetivo deste projeto e estudar, in situ, as propriedades eletronicas e estruturais desistemas nano-estruturados crescidos sobre superfıcies vicinais (alto ındice de Miller)tais como Ag(977), Ag(1,1,17), Ni(977) e Pt(533). Para a investigacao das propriedadeseletronicas iremos utilizar tecnicas de espectroscopia de fotoeletrons (XPS e UPS) e detunelamento (STS). Para a determinacao das propriedades estruturais iremos utilizartecnicas de difracao de eletrons (LEED) e microscopia de tunelamento (STM)

2 Revisao da literatura e justificativa

A possibilidade de se obter objetos de dimensoes nanometricas sobre uma superfıcieabre novas perspectivas, tanto para a pesquisa fundamental, quanto para as aplicacoestecnologicas. No regime nanometrico, onde a razao area de superfıcie por volume e con-sideravel, as propriedades fısicas da materia podem vir a ser notavelmente diferentes da-quelas dos seus correspondentes volumetricos. Por exemplo, o confinamento eletronicotri-dimensional dentro das nano-estruturas semicondutoras provoca o surgimento deestados eletronicos discretos levando a propriedades opticas bastante interessantes [1].

Um ramo onde os processos fısicos que ocorrem em escala nanometrica desempe-nham um papel fundamental e o da catalise. O completo entendimento dos processosfısicos e quımicos que determinam a atividade catalıtica dos materiais permitiria a me-lhora do rendimento e da seletividade dos catalizadores envolvidos em reacoes quımicas.Por exemplo, atualmente ja se sabe que o tamanho das nano-partıculas desempenhaum papel fundamental em catalise heterogenia. Nano-partıculas de Au suportadas emTiO2(110)(1 × 1), cujos tamanhos sao da ordem de 3 nm de diametro, sao excelentescatalizadores na oxidacao de monoxido de carbono a baixa temperatura. Porem, sao

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complemente ineficientes se seus tamanhos sao superiores a 8 nm como ilustrado nafigura 1 [2].

Figura 1: Atividade catalıtica de nano-partıculas de Au sobre TiO2(110) (1 × 1) naoxidacao de CO em funcao de seus diametros.

Um outro ponto que vem atraindo a atencao da comunidade cientıfica e o cresci-mento ordenado de nano-estruturas magneticas. Uma distribuicao ordenada de nano-partıculas magneticas apresenta uma grande variedade de novas propriedades que po-dem vir a ser utilizadas no campo de armazenameto de informacao, de producao decabecas de leitura e escrita e de memorias RAM [3, 4]. A producao destes sistemashoje e possıvel gracas a grande variedade de procedimentos como as varias litografiasexistentes, “esculturas” com FIB (“Focused Ion Beam”) ou evaporacao sobre mascaraspreviamente estruturadas. Como as tecnicas acima sao bastante caras, a possibilidadede se crescer nano-partıculas magneticas explorando o crescimento auto-organizado deatomos no inıcio do processo de crescimento e bastante atrativa. Neste caso, o subs-trato deve apresentar um padrao ordenado de sıtios especıficos que possam vir a atuarcomo centros de nucleacao. Desta maneira, o substrato se torna um “template” parao crescimento de uma rede espacialmente ordenada de nano-partıculas.

Uma abordagem bastante promissora e o crescimento auto-organizado (SOG) emsuperfıcies que apresentem um conjunto bi-dimensional de discordancias geradas parareduzir a tensao na superfıcie [5, 6, 7]. Desta maneira, pequenos pontos de Co [8], Ni[9] e Fe [8], bem como postes de Co [10], foram crescidos sobre a reconstrucao tipo “her-ringbone” que ocorre no Au(111). SOG de pequenos clusters de Fe e Ag tambem foramobtidos em uma rede de discordancias oriundas do crescimento de 2 monocamadas deCu sobre Pt(111) e sobre Pt(111) previamente recoberta com Ag, respectivamente [5].Estes processos, sao, entretando, restritos a utilizacao de monocristais caros e a clusterscom poucas camadas atomicas de altura. Uma vez que se e esperado que a orientacao

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da magnetizacao seja mantida apenas em clusters relativamente grandes, os sıtios denucleacao nao devem estar muito proximos (o que levaria a coalescencia das nano-partıculas) e nao devem perder seu carater “nucleador” apos a evaporacao de variascamadas atomicas. Experimentos de raios-x realizados durante o crescimento de filmesde Ag sobre MgO(001) revelaram a existencia de uma rede ordenada de discordanciasdevido ao pequeno descasamento entre os parametros de rede dos dois materiais [11].Esta rede ordenada de discordancias levou ao crescimento auto-organizado de nano-partıculas de Co sobre condicoes especıficas de temperatura, espessura do filme e taxade evaporacao[12]. Um comportamento similar foi proposto para filmes de MgO sobreAg(001) e recentemente confirmado por nos para filmes de CoO(001) crescidos sobreAg(001) [13], onde a rede ordenada de discordancias foi utilizada para auto-organizarnano-partıculas de Nıquel [14]. Tambem se observou um crescimento auto-organizadode atomos de Au sobre filmes ultra-finos de FeO(111) (da ordem de 2 monocamadas)crescidos sobre Pt(111) [15]. Portanto, a possibilidade de se manipular com uma redebi-dimensional ordenada de discordancias para induzir um crescimento auto-organizadoe bastante motivante e desafiadora e pode levar a sistemas com propriedades unicas.

Figura 2: a) imagem de STM da Ag(111); b) espectro de STS para o estado de su-perfıcie da Ag(111) mostrando o comportamento tipo degrau caracterıstico de um gasde eletrons 2D; c) imagem de STM obtida apos a deposicao de aproximadamente 1MLde Metionina; d) espectro de STS coletado na regiao entre as cadeias de Metioninaapresentantando um carater de confinamento uni-dimensional dos eletrons [16].

Recentemente, um grupo da Universidade de British Columbia (Canada) verifi-cou atraves de experimentos de STM, que o amino-acido Metionina se auto-organizaem uma rede uni-dimensional quando depositado sobre Ag(111) [16]. Esta auto-organizacao induz o confinamento dos eletrons que ocupam o estado de superfıcie tipoShockley (gas de eletrons 2D) produzindo nıveis discretos de energia. Na figura 2apode-se ver uma imagem de STM da Ag(111) e na figura 2b observa-se um espectro de

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STS para o estado de superfıcie da Ag(111) mostrando o comportamento tipo degraucaracterıstico de um gas de eletrons bi-dimensional. A figura 2c mostra uma imagemde STM obtida apos a deposicao de aproximadamente 1 monocamada de Metioninasobre Ag(111). As linhas claras igualmente espacadas de 6 nm correspondem a cadeiasdo aminoacido que se auto-organizaram espontaneamente sobre a Ag(111). A figura 2dcorresponde a um espectro de STS coletado na regiao entre as cadeias de Metionina.Este espectro e visivelmente diferente do obtido para a superfıcie limpa e apresentauma serie de picos que sao caracteristicos de eletrons confinados em uma dimensao.Ve-se claramente que a Metionina gerou um confinamento uni-dimensional dos eletronsque populam o estado de superfıcie tipo Shockley.

Figura 3: Ilustracao da superfıcie fcc(977). Esta superfıcie vicinal apresenta terracos(111) com degraus do tipo (001).

Superfıcies vicinais tambem vem sendo utilizadas como “templates” na tentativade se induzir o crescimento auto-organizado de sistemas nano-estruturados e/ou o con-fimanento em uma ou duas dimensoes dos estados de superfıcie. Estas superfıcies saoproduzidas cortando-se, propositalmente, o cristal com um pequeno desvio (angulo dedesvio) em relacao a um plano de alta simetria (baixo ındice de Miller) como ilus-trado na figura 3. Se a orientacao azimutal for escolhida como sendo uma direcao dealta simetria, a superfıcie vicinal normalmente apresenta terracos planos de alta sime-tria separados por degraus monoatomicos. Devido a interacao repulsiva entre degraus,estes geralmente sao igualmente espacados (periodicidade dos degraus W ) como ilus-trado na figura 3. Variando o angulo de corte, altera-se a periodicidade dos degraus

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e a orientacao dos terracos. Utilizando esta abordagem, Gambardella e colaboradores[17] foram capazes de crescer nanofios de Co sobre a Pt(997) como ilustrado na figura4. Como podemos ver, os nanofios de Co crescem ao longo dos degraus e possuem aperiodicidade W dos mesmos.

Figura 4: Imagens STM para a Pt(997) limpa (a) e apos a deposicao de atomos de Co(b). (figura retirada de [17])

Superfıcies com um arranjo regular de degraus sao um dos exemplos mais simplesde nanoestruturas e podem ser usadas como sistemas modelos para o estudo das pro-priedades dos eletrons em super-redes uni- ou bi-dimensionais, como por exemplo, suasfuncoes de onda. A razao para isto e que os estados eletronicos de superfıcie podem serfacilmente sondados por experimentos de foto-emissao (espaco recıproco) ou de STM(espaco real). Em particular, superfıcies vicinais de metais nobres cujos terracos sao(111) sao ideias para tais estudos. Estas superfıcies possuem um estado de superfıcieonde os eletrons estao livres (“free electron-like surface state”) e, tais eletrons, po-dem interagem fortemente com os atomos das bordas dos degraus, podendo levar aum confinamento 1D ou 0D dos mesmos. Na figura 5, apresentamos alguns resulta-

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dos de fotoemissao obtidos por Ortega e colaboradores [18] para superfıcies vicinaisde Au(111). A esquerda, podemos ver a curva de dispersao E(k//) para os eletronsde superfıcie para o Au(111). Esta curva tem a forma de parabola caracterıstica de

eletrons livres (E(k) = h2k2

2m). Na parte central da figura, apresentamos as bandas de

superfıcies obtidas por eles para Au(223), Au(887) e Au(23,23,21). Vemos que a curvade dispersao para a Au(223) ainda apresenta um carater parabolico, mas as curvas ob-tidas para Au(887) e Au(23,23,21) claramente apresentam nıveis discretos de energia,indicando o confinamento dos eletrons que ocupam o estado de superfıcie nos terracos.

Figura 5: Curvas de dispersao para a Au(111), Au(223), Au(887) e Au(23,23,21) obti-das atraves de experimentos de fotoemissao.

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3 Projeto e Metodologia

Neste projeto pretendemos utilizar as tecnicas de XPS (espectroscopia de foto-eletronsexcitados por raios-x), UPS (espectroscopia de foto-eletrons excitados por luz ultra-violeta), AES (espectroscopia de eletrons auger), STM (microscopia de varredura portunelamento) e LEED (difracao de eletrons de baixa energia) no estudo das proprieda-des eletronicas e estruturais de sistemas nano-estruturados crescidos sobre as superfıciesvicinais de metais do tipo fcc.

Para realizarmos tal projeto planejamos utilizar a infra-estrutura existente no De-partamento de Fısica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e no Labo-ratorio Nacional de Luz Sıncrotron (LNLS).

No Departamento de Fısica da UFMG iremos utilizar o difratometro LEED produ-zido pela VG Microtech (modelo MT500) e o STM de temperatura variavel (STM-VT)produzido pela Omicron. O MT500 e composto por uma camara de UHV (capazde atingir pressoes da ordem de 1 × 10−10Torr), uma evaporadora para se fazer asdeposicoes, capilares para a introducao controlada de gases usados em experimentosde adsorcao, canhao de ıons para a limpeza das amostras, analisador quadrupolar demassa, manipulador que permite o aquecimento e resfriamento da amostra e uma opticaLEED reversa (“Reverse View LEED”), a qual permite um campo de visao mais am-plo do padrao de difracao LEED. A coleta dos dados e feita por uma camera de vıdeocontrolada por um micro-computador, reduzindo sensivelmente o tempo de aquisicao.Utilizando a optica LEED, podemos obter espectros Auger na forma diferencial quenos permite uma caracterizacao quımica qualitativa da superfıcie em estudo. O sistemade UHV para a realizacao de experimentos de STM/AFM com temperatura variavelpossui, alem do STM, um canhao de ıons para a limpeza da amostra e uma evapora-dora.

No LNLS iremos utilizar a estacao de fısica de superfıcies do grupo do Prof. RichardLanders acoplada as linhas de luz SGM ou TGM.

3.1 Propriedades estruturais e eletronicas de superfıcies vici-nais

Conforme descrito anteriormente neste projeto, superfıcies vicinais podem ser utiliza-das como “template” para se obter o crescimento auto-organizado de nano-estruturas.Entretanto, esta classe de superfıcies ainda e pouco estudada e suas propriedades es-truturais e eletronicas ainda sao pouco conhecidas. Sendo assim, uma caracterizacaocompleta de suas propriedades se faz necessaria antes de iniciar qualquer estudo vi-sando determinar a possibilidade de se utilizar estas superfıcies como “template” parao crescimento auto-organizado de sistemas nano-estruturados.

Pretendemos entao realizar um estudo sistematico das propriedades estruturais eeletronicas das superfıcies vicinais adquiridas recentemente e que iremos utilizar comosubstratos para o crescimento de nanoestruturas:

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• Ag(977) (para o crescimento de nano-fios de Co, Fe e de metionina)

• Ag(1,1,17) (para o crescimento de fimes ultra-finos de FeO, CoO, MnO)

• Pt(533) (para o crescimento de nano-fios de Co, Fe e CoFe)

• Ni(977) (para o crescimento de grafeno a partir da quebra do gas propileno)

Realizaremos experimentos LEED e STM no intuito de obter informacoes sobre aestrutura geometrica e a distribuicao de degraus destas superfıcies. Uma vez deter-minada suas estruturas geometricas realizaremos experimentos de XPS, UPS e STMvisando a determinacao da estrutura eletronica das mesmas. Iremos investigar se, paraestas superfıcies, a periodicidade dos degraus e capaz de produzir algum confinamentodos eletrons que ocupam estados de superfıcies.

O experimento LEED para a Ag(977) ja foi realizado nos meses de janeiro e fevereirode 2007 quanto tivemos a visita do Prof. Wolfgang Moritz da Universidade de Muniqueem nosso laboratorio. A analise LEED ja esta praticamente concluıda e esta sendo feitaem colaboracao com o Prof. Moritz. Os resultados obtidos ate o momento indicamuma contracao de aproximadamente 50% dos atomos localizados na borda do terraco.

3.2 Crescimento de nanoestruturas sobre superfıcies vicinais

3.2.1 Desposicao de Metionina sobre Ag(977)

Como descrito anteriormente, o aminoacido Metionina se auto-organiza quando depo-sitado sobre Ag(111). Como a Ag(111) apresenta uma simetria P3mm, o Metioninase auto-organiza formando domınios rodados de 120◦. O crescimento em superfıciesvicinais poderia evitar a formacao destes domınios e amplificar o confinamento doseletrons que ocupam os estados de superfıcie tipo Shockley.

Pretendemos depositar, in situ, Metionina sobre Ag(111) e Ag(977) atraves da eva-poracao do aminoacido em uma celula de Knudsen. Incialmente iremos depositar aMetionina sobre Ag(111) no intuito de tentarmos repetir o experimento realizado pelogrupo canadense [16]. Caso obtenhamos exito, realizaremos experimentos LEED, XPS,UPS e STM. Em seguida depositaremos o Metionina sobre Ag(977) visando a obtencaode um sistema nano-estruturado auto-organizado sem a existencia de domınios. Reali-zaremos novamente experimentos de LEED, XPS, UPS e STM e os resultados obtidosserao confrontados com os da deposicao de Metioninia sobre Ag(111). Esta parte doprojeto conta com a colaboracao do estudante de doutorado Mario Viana e das alunasde IC Rosalina Marques e Erika Bittermann.

3.2.2 Crescimento de nanofios magneticos e nanofios de oxidos sobre su-perfıcies vicinais

Realizaremos experimentos visando o crescimento de nano-fios magneticos e de oxidossobre Ag(977) e Pt(533). Iniciaremos este estudo pela deposicao de metais de transicao

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(Co, Fe e Ni) sobre Ag(977) e Pt(533). Para coberturas abaixo de 0.3ML esperamosque os atomos depositados decorem os degraus formando nanofios com a periodicidadedos degraus. Pretendemos, entao, estudar as propriedades estruturais, eletronicas emagneticas dos nanofios atraves de medidas de UPS, LEED, PED e STM. Caso tenha-mos sucesso na producao dos nanofios metalicos, tentaremos obter nanofios de oxidosa partir da oxidacao dos nanfios metalicos crescidos. Este trabalho contara com aparticipacao de uma de nossas alunas de Iniciacao Cientıfica, Amanda Coimbra.

Paralelamente a parte experimental, pretendemos realizar simulacoes utilizando ometodo BFS do processo de formacao de nanofios metalicos em superfıcies vicinais.Durante o mes de Junho de 2007, tivemos a visita do Dr. Guillermo Bozzolo em nossolaboratorio. Dr. Guillermo Bozzolo e um dos criadores do metodo BFS e durante asduas semanas que ele esteve em nosso laboratorio, iniciamos uma colaboracao visandoa realizacao destas simulacoes. Alem do Dr. Bozzolo, colaboram neste projeto osestudantes Fabio Negreiros (doutorado) e Wendell Silva (mestrado).

3.2.3 Crescimento de Grafeno sobre Ni(977)

Recentemente demonstrou-se a viabilidade de crescer folhas de grafeno sobre superfıciestais como 6H-SiC(0001) [19, 20], 4H-SiC(0001) [21], Ni(111) [22, 23], Ru(0001) [24].Pretendemos aqui, crescer grafeno sobre Ni(977) a partir da quebra de propileno(C3H6). Para isto aqueceremos a superfıcie de Ni(977) a 500C a uma pressao de1×10−6 mbar de C3H6. A morfologia e a geometria do filme de grafeno serao sondadaspor LEED e STM. Medidas de XPS e ARUPS (“Angle-Resolved Ultra-violet Photoe-mission Spectroscpy”) serao realizadas para se estudar a estrutura eletronica da folhade grafeno. Este trabalho conta com a colaboracao dos estudantes Diogo dos Reis(mestrado), Fernanda Lima (IC) e Julio Cesar (IC).

4 Item a ser adquirido com a verba deste projeto

O grupo de fısica de superfıcies da UFMG vem estudando as propriedades estruturaisde eletronicas de superfıcies deste de 1986. Ate o momento o grupo produziu 36artigos em periodicos internacionais indexados e com arbitros, 3 artigos em periodicosnacionais, 2 teses de doutorado e 7 dissertacoes de mestrado. Atualmente o grupo ecomposto por 2 professores (Edmar Avellar Soares e Vagner Eustaquio de Carvalho), 2alunos de doutorado (Fabio Negriros Ribeiro e Mario Luiz Viana Alvarenga), 2 alunosde mestrado (Diogo Duarte dos Reis e Wendell Simoes e Silva) e 5 alunos de IniciacaoCientıfica (Amanda Coimbra, Erika Bitterman, Fernanda Lima, Julio Cesar de OliveiraSilva Junior e Rosalina Marques)

Os 2 sistemas de UHV da UFMG que serao utilizados neste projeto possuemtecnicas adequadas para o estudo das propriedade estruturais de superfıcies. Entre-tanto, nenhum dos dois sistemas possui um analisador de eletrons que nos permitarealizar experimentos de XPS e UPS para uma analise quımica e uma investigacao

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mais detalhada da estrutura eletronica das superfıcies e das nanoestruturas obtidas.Desta maneira, gostariamos de adquirir, com a verba deste projeto, um unico item: umanalisador de eletrons Alphα110 da Thermo VG Scientific ou similar. Segueanexado a este projeto o modelo do analisador. Apos uma negociacao inicial com orepresentante da Thermo VG conseguimos uma cotacao de R$ 150.000,00. Neste valor,estao incluıdos o analisador de eletrons, toda a eletronica de controle e o sistema deaquisicao (software + placas + PC).

Caso o analisador seja adquirido, teremos imediatamente implementadas 3 novastecnicas no difratometro LEED. A primeira tecnica sera a de UPS/ARUPS. Em expe-rimentos de UPS/ARUPS incide-se sobre a superfıcie fotons na regiao do ultra-violetaproduzidos, por exemplo, por uma lampada de helio. Esta lampada ja foi construıdano laboratorio e devidamente testada. A segunda tecnica sera a de XPS. Neste casoincide-se sobre a superfıcie fotons na regiao de raios-x, produzidos em anodos de Alou Mg. Submetemos no inıcio deste ano, um projeto para o Universal da FAPEMIG,solicitando recursos para a aquisicao de um canhao de raios-x de anodo duplo (Al-Mg).Por fim, teremos tambem a possibilidade de realizarmos experimentos de AES no modointegral e EELS (“Electron Energy Loss Spectroscopy”). Em ambas as tecnicas incide-se eletrons sobre a superfıcie. Ja possuimos no laboratorio um canhao de eletrons daVG adequado para este tipo de experimentos.

Gostariamos de salientar que caso este projeto seja aprovado, a compra do ana-lisador de eletrons nao beneficiara apenas os membros do laboratorio de superfıcies.Atualmente, o XPS existente no departamento nao consegue suprir as demandas in-terna e externa ao departamento. Hoje em dia pode-se esperar mais de 6 meses para sefazer uma medida de XPS para a determinacao da composicao quımica de uma dadaamostra. E a demanda para medidas de XPS tem aumentando mais e mais a cada diatanto para pesquisadores de Minas Gerais, bem como de outros centros de pesquisado Brasil. Como ja possuimos a infra-estrutura basica (sistema de UHV, medidores,sistema de bombeamento, etc) a incorporacao de um analisador a este sistema e amaneira mais barata de se ter a tecnica de XPS implementada e podendo atender ademanda atual. A seguir apresentamos uma lista de pequisadores que foram contacta-dos e demonstraram interesse em se tornar usuarios do analisador de eletrons caso estevenha a ser adquirido.

• Pesquisadores que se tornarao usuarios imediatos da tecnica de XPS.

1. Prof. Roberto Luiz Moreira/DF-UFMG

“Determinacao de estados de oxidacao de lantanıdeos em ceramicas resso-nadoras dieletricas

Nas ultimas duas decadas ha um interesse contınuo e crescente no desen-volvimento de novos materiais com caracterısticas dieletricas com poten-cial de aplicacoes como componentes eletricos para a regiao de microondas,especialmente ressonadores dieletricos. Estes sao dispositivos que exibemressonancia em uma faixa estreita de frequencias, geralmente na banda de

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microondas, similarmente a uma cavidade metalica, exceto em que o papeldas paredes e feito pela descontinuidade de constante dieletrica. Para poderencontrar aplicacoes, o dieletrico deve ter permissividade dieletrica (ǫr) en-tre 10 e 100, elevado fator de qualidade (Q 103 a 104) e baixo coeficientede variacao da frequencia de ressonancia (τf ≈ 10 ppm/K) na faixa de 9GHz [25, 26]. O primeiro parametro permite a miniaturizacao do dispositivo(tamanho ≈ ǫ1/2); o segundo, maior sintonia; o terceiro e necessario paraestabilizacao do sinal. Ressonadores dieletricos (DR) colocados em circuitoaberto irradiam em sua frequencia natural, constituindo, portanto, antenas.

O enorme progresso das telecomunicacoes sem fio (celulares, satelites) nosanos 1990 e 2000 explica o interesse crescente na pesquisa nestes materi-ais dieletricos por grupos de pesquisa em todo o mundo. Em particular,nosso grupo em Belo Horizonte tem contribuıdo em duas vias principais: i)no auxılio na determinacao das estruturas cristalinas, com ou sem desor-dem, utilizando espectroscopias Raman e infravermelho; ii) na determinacaodas propriedades dieletricas na regiao do infravermelho e extrapolacao aregiao de microondas [26, 27]. Entre os materiais de interesse investigados,destacam-se oxidos ceramicos contendo terras raras, que apresentam propri-edades dieletricas adequadas aquelas aplicacoes [28, 29] Especialmente nocaso de perovskitas duplas contendo ıons lantanıdeos, a determinacao das es-truturas cristalinas e das contribuicoes dos fonons a resposta dieletrica, en-contram muitas vezes dificuldades devido as pequenas deformacoes elasticasem relacao a uma estrutura cubica ideal, a possıveis transicoes eletronicas eaos estados de oxidacao multiplos do ıon lantanıdeo [29, 30]. Recentemente,nos conseguimos resolver corretamente a estrutura cristalina de compostosda serie Sr2+nCe2Ti5+nO15+3n com o auxılio da tecnica XPS. Neste sistema,embora Ce4+ tenha sido utilizado na sıntese, durante a sinterizacao em altastemperaturas (acima de 1300◦C) o ar agiu como atmosfera redutora, redu-zindo o Cerio para Ce3+. Como consequencia, os materiais apresentaramuma estrutura cubica, que seria incompatıvel com o Ce4+ [30]. Em nos-sos projetos futuros, pretendemos utilizar a tecnica de XPS para investigarcompostos tipos A2LnTaO6 (A = Ba, Sr e Ca e Ln = Pr, Ho, Tb, Eu eCe), que apresentam espectros Raman anomalos, quando comparados a ou-tros ıons lantanıdeos de raios ionicos proximos, ja sendo desconsideradas astransicoes eletronicas. Acreditamos que novamente a presenca de estadosde oxidacao multiplos pode ser responsavel pelas anomalias observadas, pelomenos em parte dos compostos.”

2. Prof. Jose Roberto Tavares Branco/CETEC-MG

“Vimos manifestar nosso interesse em contar com o apoio de V.Sa. e colabo-radores no sentido de obtermos dados de XPS relativo a filmes e superfıciespara aplicacoes em biomateriais, superfıcies anti-desgaste ou riscamento emateriais solares, como por exemplo superfıcies seletivas, filmes para juncoes

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p-i-n com silıcio e para contatos eletricos. aplicacoes fototovoltaicas. Taisinformacoes nos ajudarao conhecer melhor as relacoes entre composicao es-trutura e propriedades de materiais e como elas sao afetadas por processospara seu preparo. Dentre as caracaterısticas ou propriedades destes ma-teriais destaco grupos relacionados com aderencia, propriedades eletricas,opticas e eletro-opticas.”

3. Prof. Luiz Orlando Ladeira/DF-UFMG

“Estudo de funcionalizacao de nanotunos de carbono de parede simples comaminoacidos.”

Para nos do Lab. de Nanomateriais, XPS e muito importante na caracte-rizacao molecular de funcionalizacao de nanoestruturas. Para nos XPS setornou mais importante que IR.”

4. Prof. Klaus Krambrock/DF-UFMG

“Desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados modificados proximosda superfıcie para melhorar o efeito fotocatalıtico.

No momento o material em estudo e o TiO2.”

5. Prof. Raigna A. da Silva Zadra Armond/INFIS-UFU

“Sistemas baseados em polımeros e/ou materiais organicos para aplicacaoem dispositivos.

O conhecimento da morfologia e das propriedades eletronicas, principal-mente da superfıcie, e muito importante para os contatos material/eletrododos dispositivos. Atualmente estou estudando os seguintes sistemas:

– blendas polimericas: polımero semicondutor/eletrolito polimerico: aplicacaoem dispositivos eletroquımicos (LEC-celula eletroquımica de emissao deluz);

– compositos: polımero conjugado/nanotubos de carbono: aplicacao emcelulas fotovoltaicas.”

• Pesquisadores que manifestaram interesse em se tornar usuarios em um futuroproximo

1. Prof. Ado Jorio Vasconcelos/DF-UFMG

2. Prof. Caio Mario Castro de Castilho/IF-UFBA

3. Prof. Marcos Assuncao Pimenta/DF-UFMG

4. Prof. Rodrigo Gribel/DF-UFMG

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5 Colaboradores

• Pertencentes ao grupo de superfıcies da UFMG

1. Prof. Vagner Eustaquio de Carvalho.

2. Amanda Coimbra, IC.

3. Diogo Duarte dos Reis, Mestrando.

4. Erika Bittermann

5. Fabio Negreiros Ribeiro, Doutorando.

6. Fernanda Lima, IC.

7. Julio Cesar de Oliveira Silva Junior

8. Rosalina Marques, IC.

9. Wendell Simoes e Silva, Mestrando.

• Externos ao grupo de superfıcies

1. Prof. Abner de Siervo , DFA/IFGW, Unicamp.

2. Prof. D. Phill Woodruff, University of Warwick, Inglaterra.

3. Dr. Gilles Renaud, CEA-Grenoble, Franca.

4. Dr. Guillermo Bozzolo , Ohio Aerospace Institute, EUA.

5. Prof. Richard Landers, DFA/IFGW, Unicamp.

6. Prof. Wolfgang Moritz, Universidade de Munique, Alemanha.

Referencias

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