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Nesta tese apresentamos um estudo sobre as propriedades estruturais e eletrônicas de heteroestruturas semicondutoras epitaxiais livres do substrato original, conhecidas como nanomembranas semicondutoras. Nosso enfoque encontra-se na versatilidade dada a estes sistemas, uma vez que a sua fabricação possibilita-nos investigar diversas propriedades presentes em materiais epitaxiais, apenas depositando-os sobre substratos específicos de interesse. Os resultados observados mostram que Utilizamos técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raio-X e microscopia/espectroscopia de varredura por tunelamento (STM/S) para a investigação destes pontos quânticos. A investigação das propriedades estruturais, que faz uso das duas primeiras técnicas citadas, permitiu-nos observar diretamente um relaxamento anisótrópico nestas nanoestruturas tridimensionais a partir de uma análise estatística de 164 ilhas observadas por TEM. Além das ilhas completamente coerentes ou completamente relaxadas, encontramos um conjunto de ilhas formadas pelo relaxamento parcial e anisotrópico do parâmetro de rede do material tensionado, que nos levou a conclusões acerca dos processos de relaxamento da deformação (strain) durante o crescimento de ilhas III-V. O segundo trabalho, no qual estudamos pontos quânticos de InAs, descobertos e cobertos por GaAs, a partir da técnica de STM/S, permitiu-nos observar estados de energia discretos da heteroestrutura, compatíveis com os presentes na literatura, através de uma metodologia extremamente simples de praparação da amostra (nanomembrana), transferida para um substrato de Au. Níveis de energia foram observados em ilhas cobertas, mesmo com a presença de uma camada de óxido nativo. Cálculos das energias destes niveis validam a intepretação dos resultados obtidos experimentalmente. In this thesis we present a study of the structural and electronic properties of semiconductor heterostructures, released from their original substrate. The investigated systems were prepared with InAs quantum points grown on GaAs. Our focus is on to explore the versatility of nanomembrane manufacturing, providing new possibilities for the study of structural and electronic characteristics of epitaxially grown materials. Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction and scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/S) techniques were used to investigate the islands of InAs / GaAs transferred to different substrates of interest. The study of structural properties, which makes use of the first two techniques mentioned, allowed us to directly observe anisotropic relaxation in these three-dimensional nanostructures from the statistical analysis of 164 islands observed by TEM. In addition to the completely coherent or completely relaxed islands we have observed a set of islands formed by the partial and anisotropic relaxation of the lattice parameter of the strained material, which led us to infer mechanisms of the strain relaxation processes that take place during the growth of III-V islands . The second work, in which we studied islands of InAs uncapped and capped by GaAs using STM/S, allowed the observation of energy states of the heterostructure that are compatible with those previously reported in the literature. The main advantage here is the use of an extremely simple method of sample preparation (nanomembrane), which is transferred to a Au substrate. Discrete energy levels were observed in capped islands, even with the presence of a layer of native oxide. Calculations of the energies of these levels validate the interpretation of the results obtained experimentally.

The recent advances in technology, in particular the nanotechnology, lead to the new investigations in the cientific enviroment and contribute toe new ways to investigate the nature. In the present work, we show some investigations that are consequences of theses advances. First of all, we investigate the behavior between two nanocones that have interactions. Initially we study the carbon nanocones, that derived from fullerene and used as nanotube caps, but with many applications when sinthetize individually. The chapter about carbon nanocones is composed by investigation of the energetic stability between two nanocones with same disclination angle and a composition of two nanocones with different disclination swith the goal to find the ideal distance between this cones overlapping. Beyond that, we rotated the upper cone with specific angles, that generate the Moire pattern to investigate the influence of rotation over the electronic states. It was identified that the rotated configurations rather most stable than not rotated. This occurs because this cones are similar to the Bernal stacked graphite. In the chapter about the hybrid nanocones, we calculated the sames properties from carbon nanocones, however, with the specific features of the nancones that involve the boron,nitrogenand carbon atoms, what gives the insulating character to the cones. All configurations showed different atoms on the defect line and this factor is responsible to change the formation energy, interaction energy and the electronic states, mainly on the gap region. The double-walled nanocones with only nitrogen or boron atoms on the defect line as most stable when we rotated the upper cone. This is due the greater distance between the atoms located on the defect line. To the Otherwise, the configurations with carbon and the composition between boron and nitrogen has most stability without rotation, and this garantee more interaction between these atoms. The following chapter approaches the effects of dopping with gallium atoms in graphene monolayers. We use different concentrations and the stability showed a different behavior when odd numbers or even numbers of gallium atoms was putted in the structure. The presence of different numbers of gallium atoms in each sub-lattice of graphene deforms the different way the supercell. This affect directly the electronic properties. The odd numbers of gallium atoms keeps the metallic character, with states crossing the Fermi Level, while the even numbers to dopping open the gap, leading to the semiconductor behavior. To the calculated optical properties, the dopping with gallium atoms reduces the optical absorption and conductivity on the infrared and ultraviolet region, what garantee the control with a few atoms. Finally, we dopped a monolayer ofh-BN with gallium atoms. Through the simulated annealing algorithm, each process with different gallium atoms, monotomic bonds like B-B and N-N arises and this bonds affects directly the properties. The distortions suffered with the dopping affects mainly the substitution the nitrogen and the B-N pair to the gallium atoms, that leads the dissociation of the monolayer. When we substitute the gallium to the boron, we growing linearly the numbers of the Ga. The electronic properties was affected with reduction of the gap due the states that arise on this region due the monotomic bonds. For the optical properties, states on the visible region arises, what shows the influence of this bonds due the simulated annealing algorithm. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Os recentes avanços na tecnologia, em particular, a nanotecnologia levaram à novas investigações no meio científico e contribuem para novas descobertas sobre a natureza. No presente trabalho, apresentamos algumas investigações que são consequência desses avanços. Inicialmente nós investigamos o comportamento entre dois nanocones que interagem entre si sobrepostos. Primeiramente nós estudamos nanocones de carbono, que são derivados do fulereno e usados como tampas de nanotubos, mas com diversas aplicações quando sintetizados individualmente. O capítulo sobre os nanocones de carbono é composto pela investigação da estabilidade energética entre dois nanocones com desclinações iguais e uma composição entre dois nanocones de desclinações diferentes com o objetivo de encontrar a distância ideal entre esses cones sobrepostos. Além disso, rotacionamos o cone superior em ângulos específicos, que geram o padrão de Moiré para entendermos a influência da rotação sobre os estados eletrônicos. Foi identificado que as configurações rotacionadas são mais estáveis que as que não apresentam rotação. Isso ocorre devido à semelhança dos cones rotacionados à configuração Bernal do grafite, o que leva a uma maior estabilidade. No capítulo sobre os nanocones híbridos, calculamos as mesmas propriedades para os nanocones de carbono, porém, com as características específicas dos nanocones que envolvem átomos de boro, nitrogênio e carbono, o que dá um caráter de isolante aos cones. Todas configurações apresentam diferentes átomos na linha de defeito dos cones e esse fator é responsável por alterar sua energia de formação, de interação e seus estados eletrônicos, principalmente na região do gap. Os nanocones de paredes duplas com defeitos formados totalmente por átomos de boro ou nitrogênio são mais estáveis quando estas linhas estão mais afastadas, ou seja, quando há rotação. De forma contrária, para os que possuem em sua linha de defeito carbono e nitrogênio e uma composição entre boro e nitrogênio possuem maior estabilidade aos sem rotação, o que garante uma maior interação entre esses átomos. O capítulo seguinte aborda os efeitos da dopagem de átomos de gálio em monocamadas de grafeno. Nós dopamos com diferentes concentrações e vimos que em relação a estabilidade, há uma diferença entre a dopagem com números ímpares e pares de átomos de gálio. A presença de diferentes números de gálio em cada sub-rede do grafeno distorce de forma diferente a super-célula, o que afeta diretamente as propriedades eletrônicas. A dopagem com números ímpares mantém o caráter metálico, com estados cruzando o nível de Fermi, enquanto que a dopagem com números pares causa a abertura do gap, dando o caráter de semicondutor. Para as propriedades ópticas calculadas, a dopagem com átomos de gálio reduz a absorção e condutividade nas regiões infravermelhoeultravioleta,oquegaranteumaformadecontroledessaspropriedadescompoucos átomos. Por fim, dopamos com átomos de gálio uma monocamada de nitreto de boro. Por meio do algoritmo de recozimento simulado, a cada substituição de átomos de gálio, ligações monoatômicas B-B e N-N surgiram e essas ligações afetam diretamente as propriedades das monocamadas. As distorções causadas pela dopagem afetam principalmente quando substituímos os átomos de nitrogênio e os pares B-N por átomos de gálio, já que para números maiores que 1 átomo, houve dissociação do gálio da monocamada. Quando a substituição ocorreu com átomos de boro, foi possível aumentarmos linearmente a dopagem com átomos de gálio. As propriedades eletrônicas foram afetadas com a redução do gap devido ao surgimento de estados nesta região devido a essas ligações monoatômicas. Para as propriedades ópticas, estados surgiram na região do visível, o que mostra a influência dessas ligações refeitas devido ao algoritmo de recozimento simulado

Neste trabalho é apresentada uma aplicação da técnica de Moiré para a medição de campos de tensões. O caso em estudo consiste na medição do campo de deslocamentos na superfície de um provete sob tracção, possuindo um furo passante no seu centro. As redes são obtidas por impressão laser num papel especial. A replicação da rede na superfície do provete é feita por um processo térmico com pressão controlada. Foram ensaiados provetes de alumínio. A rede registada na superfície do provete foi fotografada em diferentes fases do ensaio, estas fotografias são tratadas num programa de processamento de imagem. Os valores obtidos experimentalmente são comparados com os valores calculados com o código de elementos finitos ANSYS.

Neste trabalho é apresentada uma aplicação da técnica de Moiré para a medição de campos de tensões. O caso em estudo consiste na medição do campo de deslocamentos na superfície de um provete sob tracção, possuindo um furo passante no seu centro. As redes são obtidas por impressão laser num papel especial. A replicação da rede na superfície do provete é feita por um processo térmico com pressão controlada. Foram ensaiados provetes de alumínio. A rede registada na superfície do provete foi fotografada em diferentes fases do ensaio, estas fotografias são tratadas num programa de processamento de imagem. Os valores obtidos experimentalmente são comparados com os valores calculados com o código de elementos finitos ANSYS.