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The stopping power and straggling of backscattered protons on nanometric Pt films were measured at low to medium energies (60–250 keV) by using the medium-energy ion scattering technique. The stopping power results are in good agreement with the most recent measurements by Primetzhofer Phys. Rev. B 86, 094102 (2012) and are well described by the free electron gas model at low projectile energies. Nevertheless, the straggling results are strongly underestimated by well-established formulas up to a factor of two. Alternatively, we propose a model for the energy-loss straggling that takes into account the inhomogeneous electron-gas response, based on the electron-loss function of the material, along with bunching effects. This approach yields remarkable agreement with the experimental data, indicating that the observed enhancement in energy-loss straggling is due to bunching effects in an inhomogeneous electron system. Nonlinear effects are of minor importance for the energy-loss straggling.

Highly charged ions (HCIs) are an efficient tool for the perforation of suspended 2D materials. Only a fraction of their potential energy is transferred to the atomically thin target during the very short interaction time and is available for pore formation. Charge exchange spectra were measured for highly charged xenon ions transmitted through suspended, single layer MoS₂ in order to determine the deposited potential energy available for pore formation. Additionally, charge exchange dependent ion stopping responsible for kinetic sputtering was measured simultaneously. CA extern

Structuring of 2D materials and their heterostructures with ion beams is a challenging task, because typically low ion energies are needed to avoid damage to a substrate. In addition, at the very first monolayers of a material, ions are not yet in charge equilibrium, i.e. they may either charge up or neutralize depending on their velocity. The change in electronic structure of the ion during scattering affects the energy, which can be transferred to the recoil and therefore the energy available for defect formation. In order to make reliable use of ion beams for defect engineering of 2D materials, we present here a model for charge state and charge exchange dependent kinetic energy transfer. Our model can be applied to all ion species, ion charge states, and energies. It is especially powerful for predicting charge state dependent stopping of slow highly charged ions

We investigate the modifications of the exchange bias, effective ferromagnet-antiferromagnet (FMAFM) coupling, and coercivity in annealed or ion-irradiated Ir-Mn/spacer layer (SL)/Co trilayers. A ferromagnetic, either Fe or permalloy (Py), thin SL or a nonmagnetic Ru one with different thicknesses (tSL) is used. The magnetic characterization is performed at room temperature via conventional magnetometry and, partly, via soft-x-ray magnetic circular dichroism. The latter shows that at the FM-AFM interface there is small uncompensated Mn magnetization coupled, preferentially, antiferromagnetically to Fe moments. This indicates the formation of small FeMn clusters that reverse their magnetizations together with those of Co, Ni, and the rest of Fe. Neither annealing nor ion irradiation of the films with tFe ≥ 0.5 nm changes significantly the pinning part of the FM-AFM interface. In the Py-spacer films, however, the great tendency of Mn to interdiffuse with Ni leads to a decrease of the Ir-Mn anisotropy at the interface, lowering its pinning capacity. While defects created in the bulk of the AFM are mainly responsible for the changes of the magnetic characteristics of the Ir-Mn/Fe/Co films, interdiffusion and defect creation at the FM-AFM interface are the respective mechanisms determining the behavior of the Py-spacer series. These conclusions are reinforced by results for the Ru-spacer series.

We present a combined theoretical and experimental study of the energy loss of H2 + molecular ions interacting with thin oxide and carbon films.As a result of quantum mechanical interference of the target electrons, the energy loss of a molecular projectile differs from the sum of the energy losses of individual atomic projectiles. This difference is known as the vicinage effect. Calculations based on the time-dependent density functional theory allow the first-principles description of the dynamics of target excitations produced by the correlated motion of the nucleons forming the molecule. We investigate in detail the dependence of the vicinage effect on the speed and charge state of the projectile and find an excellent agreement between calculated and measured data.

The Coulomb explosion of small cluster beams can be used to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. Therefore, the thickness of thin films can be obtainedwith the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high cluster energies where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth profiling technique at lower cluster energies where neutralization and wake effects come into play. To that end, we investigated 50–200 keV/u H2 + molecular ions impinging on a 10 nm TiO2 film and measured the energy of the backscattered H+ fragments with high-energy resolution. The effect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by electron microscopy measurements.

In this work we demonstrate that Medium Energy Ion Scattering (MEIS) measurements in combination with Transmission Electron Microscopy (TEM) or Grazing Incidence Small Angle X-Ray Scattering (GISAXS) can provide a complete characterization of nanoparticle (NP) systems embedded into dielectric films. This includes the determination of the nanoparticle characteristics (location, size distribution and number concentration) as well as the depth distribution and concentration of the NP atomic components dispersed in the matrix. Our studies are performed considering a model case system consisting of planar arrangements of Au NPs (size range from 1 to 10 nm) containing three distinct Au concentrations embedded in a SiO2 film.

We present experimental and theoretical results of vicinage effects due to the interaction of H+ 2 and H+ 3 molecules with thin gold foils. High-energy-resolution backscattering experiments were carried out at energies ranging from 80 up to 200 keV per nucleon for the H+ 2 molecules and up to 140 keV per nucleon for the H+ 3 molecules. The results show small enhancements (about 5% and 15% for H+ 2 and H+ 3 molecules, respectively) of the stopping ratios. The values obtained by the simulation code SEICS indicate small vicinage effects as well and are in satisfactory agreement with the experimental data. Moreover, the same simulations carried out for carbon foils yield relatively higher stopping ratios. The differences between the vicinage effects obtained for C and Au are interpreted in terms of different excitation spectra of each material. Finally, our results obtained for Au are in clear disagreement with those reported in the seminal work of Brandt, Ratkowski, and Ritchie [Phys. Rev. Lett. 33, 1325 (1974)].

The energy spectrum associated with scattering of 100 keV H⁺ ions from the outermost few atomic layers of Cu(111) in different scattering geometries provides direct evidence of trajectory-dependent electronic energy loss. Theoretical simulations, combining standard Monte Carlo calculations of the elastic scattering trajectories with coupled-channel calculations to describe inner-shell ionization and excitation as a function of impact parameter, reproduce the effects well and provide a means for far more complete analysis of medium-energy ion scattering data.

An analytical approach to ion energy loss distributions capable of simplifying medium energy ion scattering MEIS spectral analysis is presented. This analytical approach preserves the accuracy of recent numerical models that evaluate energy loss effects overlooked by standard calculations based on the Gaussian approximation. Results are compared to first principle calculations and experimental MEIS spectra from 0.2- to 1.5-nm-thick HfO2 films on Si, supporting the application of this analytical model for proton scattering in the kinetic energy range from 100 to 200 keV.

Co/Cu/IrMn films were irradiated with 40 keV He+ ions varying the fluence and the current, with magnetic field applied at 120° with respect to the original exchange-bias direction. The angular variations of the exchange-bias field of the irradiated samples were compared with those of the as-made and the thermally annealed films. Gradual deviation of the exchange-bias direction with the fluence increase was observed. Complete reorientation of the easy axes of both ferromagnet and antiferromagnet toward that of the field applied during irradiation was achieved for fluences higher than 1 1015 ions/cm2, accompanied with a significant enhancement of the exchange-bias field.

The energy-loss spectrum associated with scattering of 100-keV H+ ions from K, Rb, and Cs atoms adsorbed on Al (111) has been investigated both experimentally and theoretically. Theoretical simulations were conducted based on calculations of the energy loss experienced in specific ion trajectories at the surface, using coupled-channel calculations to describe inner-shell ionization and excitation as a function of impact parameter. The energy losses can be attributed entirely to single atomic collisions from the alkali atoms, and the experiments reproduce the markedly increased asymmetry in scattering from Rb and Cs relative to K, attributable largely to the role of 3d and 4d excitations, respectively, and particularly the role of multiple excitations of these states. For Rb and Cs scattering, the data show excellent quantitative agreement between theory and experiment; for the K scattering, a discrepancy of a low-energy shoulder is attributed to a problem associated with the sample preparation.

The energy-loss spectrum associated with scattering of 100 keV H+ ions from Y atoms on Si (111) has been investigated both experimentally and theoretically. Measurements were made from Y overlayers, and from the Si (111) (1X1) two-dimensional silicide phase formed by Y on this surface, in various scattering geometries and with different surface preparations. Theoretical simulations were conducted based on calculations of the energy loss experienced in specific ion trajectories through the surface, using coupled-channel calculations to describe inner-shell ionization and excitation as a function of impact parameter. The experimental results indicate that additional broadening contributions arise from surface inhomogeneity and roughness, but for near-normal incident and outgoing trajectories the theory and experiment agree quite well. The calculations show that, even for the ideal two-dimensional silicide phase in which the Y atoms lie just below the surface, significant energy loss arises from interaction of the ions with surrounding Si atoms, leading to a complete loss of intensity at zero energy loss.

The surface peak of 98-keV protons backscattered from a clean Al (110) surface has been studied in detail for three different scattering geometries. The corresponding energy-loss distributions are asymmetric due to the single and double ionization of the Al inner-shell electrons (L shell). Effects beyond the independent-electron model (inner-shell collective effects) have been observed by using Monte Carlo simulations for the ion ballistic and coupled-channel calculations for the inelastic energy loss. These effects decrease the width by up to 10% for the full width at half maximum. Correspondingly, the low-energy tail of the surface peak is reduced in intensity by more than 30% in the case of a large number of near central collisions as in shadowing and blocking geometries.

Si-K x-ray and backscattering yields have been measured as a function of the projectile entrance angle for atomic and molecular (H2 + and H3 +) hydrogen ions channeling at kinetic energies of 150 keV per proton along the Si k100l crystal direction. A large enhancement of the x-ray production has been observed for well-aligned H3 + molecule beams. It is shown that this effect results from the Coulomb explosion of the molecule fragments during the channeling motion. Moreover, the shape and intensity of the measured angular distribution allows a quantitative determination of the corresponding heating of the transversal ion motion (2.6±0.6 eV for H2 + and 5.1±0.8 eV for H3 + molecules) in the channel. These values are consistent with the stored potential energies per particle and they depend significantly on the collective wake forces and molecular alignment conditions.

The energy loss of helium ions in zinc has been measured in the energy range from 37.5 to 1750 keV/amu using the transmission technique and the Rutherford backscattering method. In addition, calculations using the extended Friedel sum rule, the unitary convolution approximation, and the local plasma approximation have been performed. The contributions of the inner-shell and valence electrons to the total energy loss are separately evaluated. The measurements and calculations are in good agreement over an extended range of energies, and both of them yield stopping values higher than those provided by SRIM 2003.

Eu ions have been implanted along the Si ‹100›, ‹111›, and ‹110› directions at 623 K with energies ranging from 15 keV to 50 keV. The depth profiles have been measured using Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). A signature of the nuclear Z₁ effect, namely, the enhanced ion range found for some projectiles penetrating into amorphous Si, has been observed under channeling conditions for the Eu ions, through the appearance of extended long tails. The results have been compared to MARLOWE calculations using different interatomic potentials in order to simulate the mechanism responsible for the Z₁ effect. In addition, ab initio calculations for the Eu-Si interatomic potential have been performed in order to investigate the origin of the nuclear Z₁ effect. These calculations show that the formation of quasimolecules at very low energies is responsible for the enhanced ion range.

We report measurements of 10B stopping powers in random and Si (100) directions. The measurements were carried out in the 500–9000 keV energy range for the channeling case and in the 300–800 keV for the random one. For the channeling measurements, the low energy data (500–800 keV) follow a vs regime with s50.906 0.06 whereas, for the random data, dE/dxαv5 with s=1.1±0.2. Both results are in good agreement with the prediction of current theories. On the other side, the experimental random 10B stopping power values (for energies up to 650 keV) are in fair agreement with the ones obtained from a scaling procedure by Ziegler, Biersack, and Littmark. However, for energies higher than 650 keV, slight but systematic differences are observed.

We present measurements of the stopping power of 800-keV 4He ions channeled along the Si(100) axis, as a function of the incidence angle. We compare the experimental results with theoretical calculations by using the impact-parameter-dependent energy loss obtained from the solution of the time-dependent Schro¨dinger equation through the coupled-channel method. This nonperturbative calculation provides reliable energy-loss results which are in good agreement with the experimental results.

The electron-loss cross section of He+ ions impinging upon noble-gas targets (2≤Z2≤36) is calculated by using the coupled-channel method for the active projectile electron in the static screened field of the target atom. The calculations show a saturation of the projectile-electron-loss cross section with increasing target atomic number. This saturation effect due to neutral target systems is much more pronounced than for ionization or excitation by charged particles. Comparison with experimental data indicates a small electron-loss contribution from electron-electron interaction processes for heavy targets at intermediate velocities. Remaining discrepancies in the data are discussed in the light of the approximations involved in our theoretical treatment.

The target gases H2, He, CH4, N2, Ne, andAr were bombarded by 120-MeV Ne6+ ions to study the 2s-nl excitation from the metastable state 1s 22s2p 3P0 of the Ne6+ projectile. The Coster-Kronig electrons from the transition 1s 22pnl (n ~ 7)-ls22s +e- were measured using the method of zero-degree electron spectroscopy. It was found that the production cross section for the Coster-Kronig electrons is roughly proportional to the target atomic number. The experimental data are in agreement with impact-parameter calculations, which take in to account the quenching o f the 3 P 0 metastable state o f the projectile, by exciting or ionizing its 2p electron. This agreement supports the conclusion that the dielectronic two-center process is dominant in the production of Coster-Kronig electrons following the 2s-nl excitation of the projectile by H2 and He targets (>56%), and remains significant for the other investigated targets ( > 22%).

A review is given on the use of the coupled-channel method to calculate the electronic and niuclear energy loss of ions penetrating the matter. This first principie calculation based on an expansion of the time dependent electronic wavefunction in terms of atomic orbitals lias been applied to evaluate the impact parameter dependence of the electronic energy loss, the stopping cross-section and the fluctuation in energy loss of ions colliding with H and He atoms at energies of 10keV/amu to 500keV/amu. The results have been compared to experimenta1 data as well as to others existing models e.g., local density approximation in an electron gas target, harmonic oscillator target treatment and first order plane-wave-Born approximation

The Rutherford backscattering technique has been used to determine range parameters of Au and Bi íons implanted into AZ1350 photoresist films at energies from 20 to 300 keV. The experimental results are 20 to 25% higher than the theoretical predictions by Ziegler, Biersack, and Littmark. Good agreement is achieved only when inelastic etrects are included in the nuclear stopping-power regime. In addition, we find that shallow implantation of Bi íons increases the temperature at which the photoresist starts to decompose. This feature is not observed when Au is implanted under the same conditions. Finally, we have studied the thermal behavior of implanted Bi and Au ions. While Bi diffuses regularly, Au does not follow an Arrhenius kind of behavior. In addition, it is shown that the implantation process modifies, via the nonannealed damage, the characteristics of the Bi diffusion behavior.

350-keV 209Bi + was implanted into an A1 (1000 Å)/V bilayer system. The Bi depth distribution measured by Rutherford backscattering agrees well with predictions obtained via the Monte-Carlo simulation method (TRIM code). Diffusion coefficients for Bi in both the V substrate of the AI/V system and the pure V foil are extracted after thermal annealings in a temperature range between 200 and 700 °c. The results show that the Ri ions follow a hindered diffusion at the Al film of the AI/V bilayer and for temperatures higher than 580 °C diffuse regularly in the V bulk.

Neste trabalho estudamos experimentalmente, através da técnica de retroespalhamento de Rutherford, a distribuição de vários elementos C295. 2.15 83) implantados em filmes de Be, C e SiOz, na faixa de energia entre 10 e 400keV. Os resultados experimentais foram comparados com as predições teóricas desenvolvidas por Ziegler. Biersack e Littmark C2BL). Nossos resultados apresentam várias características distintas: para substratos de SiOz, obtivemos um acordo muito bom entre valores teóricos e experimentais do alcance projetado Rp e alguns desvios na largura do perfil de implantação ARp. Contudo, para os alvos de C e Be. encontramos grandes discrepâncias com os cálculos de ZBL. Para Bi, Pb, Au, Yb, Er, Eu e Cu em C e para Bi, Pb e Cu em Be. os valores experimentais de alcance excedem os teóricos em mais de 40%, ficando em média entre 25 e 30%. As diferenças são praticamente independentes da energia de implantação. Além disso, as larguras longitudinais do perfil de implantação também são fortemente subestimadas pelos cálculos Cchegando até a um fator 2). É mostrado que esses desacordos não podem ser atribuídos a imprecisões no potencial elástico ZBL ou ao poder de freamento eletrônico ZBL. Entretanto, se considerarmos a inclusão de colisões inelásticas no cálculo do poder de freamento nuclear, o poder de freamento total pode ser significativamente reduzido, nos casos de íons pesados incidindo em alvos leves. Como conseqüência deste tratamento, conseguimos obter um excelente acordo com os nossos resultados experimentais. We have experimentally studied by using the Rutherford backscattering technique the range profiles of a variety of elements C29 5. 214

O estudo das propriedades e interações de drogas quimioterápicas possui um papel vital no desenvolvimento de novos tratamentos oncológicos e no aprimoramento dos que estão atualmente em uso. A cisplatina (Pt(NH3)2Cl2) e outras drogas a base de platina são medicamentos amplamente utilizados para tratar diversos tipos de câncer, incluindo testículo, ovário, pescoço, entre outros. O presente trabalho investigou a interação da cisplatina com células de glioblastoma humano da linhagem U87 a fim de descobrir se o uptake era distinto entre elas. Entender e estudar como se dá o uptake de um droga é de suma importância para a compreensão dos mecanismos de resistências associados a interação dela com as células cancerosas. As células foram tratadas com diferentes concentrações de cisplatina (10, 20 e 100 µM) por 24 horas. A análise foi realizada utilizando a técnica de µ-PIXE, com um feixe de prótons de 2,2 MeV e tamanho de aproximadamente 1,2 x 1,2 µm2 , que forneceu informação elementar da amostra e permitiu a criação de mapas elementares 2D com resolução espacial micrométrica. Medindo os sinais do Cloro e da Platina, foi possível identificar células individuais na amostra e observar quais delas possuíram um maior uptake de cisplatina, respectivamente. Além disso, foi notado que na amostra de 100 µM houve a presença de um alto sinal de Ferro correlacionando com o sinal da Platina, que não estava presente em concentraçõe menores de cisplatina. Tal resultado pode ser evidência de ferroptose, isto é, um tipo de morte de celular dependente de ferro, completamente independente da apoptose convencional. Estudos recentes já mostraram que a cisplatina pode induzir ferroptose caso a dose exceda um determinado limite. Todos os experimentos foram realizados no Laboratório de Implantação Iônica com um acelerador Tandem de 3MV. Esse trabalho também demonstrou a versatilidade e aplicabilidade da técnica de µ-PIXE e como ela pode ser utilizada para conduzir análises e experimentos multidisciplinares. The study of chemotherapy drug’s properties plays a vital role in the development of new cancerrelated treatments and the improvement of those currently in use. Cisplatin (Pt(NH3)2Cl2) and other platinum-based drugs are widely used medications that treat several different cancers, including, but not limited to, ovarian, testicular, and neck. The present work investigated the interaction of cisplatin with human glioblastoma U87 cells in order to find out if the uptake was distinct between them. Cells were treated with cisplatin at a concentration of 10, 20, and 100 µM for 24 hours. The analysis was done using the µ-PIXE technique, with a 2.2 MeV proton beam of 1.2 x 1.2 µm2 spot size, which gave us elemental information about the sample and allowed us to create 2D maps with micrometric spacial resolution. By measuring the chlorine and platinum signals, we were able to identify individual cells in the sample and detect which ones had a greater cisplatin uptake, respectively. Understanding the drug’s uptake is crucial for unraveling the mechanisms of resistance that are involved in its interaction with cancer cells. Moreover, we noticed that the 100 µM sample had a high iron signal correlating with the platinum signal, which was not present at lower treatment concentrations. This result could be a piece of evidence for ferroptosis, i.e. a type of iron-dependant cell death completely independent from regular apoptosis. Recent studies have already shown that cisplatin can induce ferroptosis in high treatment concentrations. All experiments were conducted at the Ion Implantation Laboratory with a 3MV Tandem accelerator. This work also highlighted the versatility and applicability of the µ-PIXE technique and how it can be used to perform interdisciplinary analysis.

Neste trabalho foi determinado, por meio de medidas experimentais com a técnica medium-energy ion scattering, o poder de freamento e dispersão da perda de energia de prótons com energias intermediárias (60–250 keV) em filmes de Pt. Além disso, foi investigada a dispersão da perda de energia adicional de prótons com energias na faixa de baixas, médias e altas energias em materiais simples (C, Al, Si, Ni, Cu, Zn, Ge, Se, Pd, Ag, Sb, Pt, Au, Pb) com a finalidade de atualizar o ajuste realizado pela bem conhecida fórmula de Yang-O’Connor-Wang além de propor a interpretação física dessa equação. Os resultados para o poder de freamento do primeiro estudo concordam com medidas recentes (Primetzhofer Phys. Rev. B 86, 094102 (2012) e Moro, Bauer e Primetzhofer Phys. Rev. A 102, 022808 (2020)) e são bem descritos pelo modelo de gás de elétrons livres para projéteis de baixas energias. Já os resultados experimentais obtidos para dispersão da perda de energia de prótons em platina são fortemente subestimados pelas fórmulas bem estabelecidas na literatura por um fator dois. Alternativamente, foi proposto um modelo para a dispersão da perda de energia que leva em consideração o comportamento de um gás de elétrons não homogêneo, que foi baseado na função eletrônica de perda do material, juntamente com o efeito de agrupamento de elétrons. Esse modelo apresentou uma excelente concordância com os dados obtidos pelas análises de MEIS indicando que os valores elevados para a dispersão da perda de energia são devidos ao efeito de agrupamento de elétrons em um sistema eletrônico não homogêneo. Além disso, esse estudo mostra que efeitos não lineares são de menor importância para a dispersão da perda de energia. No segundo estudo foi refeito o ajuste da função ressonante deformada aos dados experimentais de dispersão da perda de energia que excedem o modelo proposto por Chu normalizados pelo valor do modelo de Bohr para a dispersão. Os ajustes foram comparados com cálculos de agrupamento de elétrons produzidos pelo programa CasP via correlação estatística. As análises mostraram que a função ajustada aos dados experimentais é fortemente correlacionada ao modelo teórico de agrupamento de elétrons, o que dá indícios de que a fórmula de Yang-O’Connor-Wang captou experimentalmente o efeito de agrupamento de elétrons da interação de prótons com a matéria. In this work, the stopping power and energy-loss straggling of protons with medium energies (60–250 keV) in Pt films were determined by backscattering measurements with the mediumenergy ion scattering technique. In addition, it was investigated the excess energy-loss straggling (low, medium and high energies) of protons in simple materials (C, Al, Si, Ni, Cu, Zn, Ge, Se, Pd, Ag, Sb, Pt, Au, Pb) present in the literature with the goal to update the fit formula made by the well-known Yang-O’Connor-Wang formula and to demonstrate the physical interpretation of this equation. The stopping power results of the first study agree with recent measures (Primetzhofer Phys. Rev. B 86, 094102 (2012) and Moro, Bauer and Primetzhofer Phys. Rev. A 102, 022808 (2020)) and are well described by the free electron gas model for low-energy projectiles. Nevertheless, the straggling results are strongly underestimated by well-established formulas up to a factor of two. Alternatively, a model has been proposed for the energy-loss straggling that takes into account the inhomogeneous electron-gas response, based on the electronloss function of the material, along with bunching effects. This approach yields remarkable agreement with the experimental data, indicating that the observed enhancement in energy-loss straggling is due to bunching effects in an inhomogeneous electron system. Nonlinear effects are of minor importance for the energy-loss straggling. In the second study, the fit of the deformed resonant function was updated to the experimental data of energy-loss straggling that exceed the model proposed by Chu normalized by the value of the Bohr model for the straggling. The fits and the experimental data were compared with bunching effect calculations (produced by the CasP program) via statistical correlation. The analyzes showed that the function fitted to the experimental data is strongly correlated to the theoretical model of electron bunching and therefore the Yang-O’Connor-Wang formula experimentally captured the electron bunching effect.

A nanotecnologia está presente em diversos setores industriais como cosmético, automotivo, telecomunicação, saúde, alimentação, entre outros. O número de publicações e patentes associadas à nanotecnologia cresce a cada ano e seu faturamento impacta cada vez mais o mercado mundial. A caracterização de materiais e dispositivos em escala nanométrica é um enorme desafio, o qual afeta diretamente o avanço científico e tecnológico dessas estruturas. O uso da técnica de espalhamento de íons a energias intermediárias (MEIS) na caracterização de nanoestruturas vem crescendo, devido sua capacidade de determinar com resolução subnanométrica composições elementares e perfil de concentrações. Essa técnica pode ser utilizada como ferramenta adicional para caracterização da forma, da composição, da distribuição de tamanho e da estequiometria de nanopartículas (NPs). Além disso, técnicas de espalhamento de íons e elétrons fornecem o perfil elementar em profundidade em termos do produto entre a espessura e a densidade. Através do uso de feixes moleculares, a técnica MEIS é única para quantificar espessuras e densidades independentemente. Neste trabalho, aplicamos a técnica MEIS na caracterização de dispositivos e materiais avançados. Para isso, utilizamos a técnica MEIS de três maneiras distintas: cartografia MEIS, MEIS convencional e explosão Coulombiana. A cartografia MEIS foi utilizada para analisar a ausência de um centro de simetria no cristal de fosfeto de gálio (GaP) e determinar sua completa orientação cristalográfica. Através do MEIS convencional determinamos a distribuição de dopantes e as principais dimensões de um transistor tridimensional. Por último, utilizamos a explosão Coulombiana para quantificar a espessura e a densidade absoluta de uma camada de dióxido de silício (SiO2) crescida devido a um processo de limpeza realizado após uma implantação de arsênio (As) via plasma. Além disso, foi obtido o perfil em profundidade do As. Assim, utilizamos cada potencialidade da técnica MEIS para mostrar sua abrangência. Esses resultados mostram que a versatilidade da técnica MEIS permite caracterizar materiais e dispositivos avançados abrindo novas perspectivas para o uso de feixe de íons e moléculas na caracterização nanométrica. Nanotechnology is present in several industrial sectors such as cosmetics, automotive, telecommunication, health, food, and others. The number of publications and patents associated with nanotechnology grows exponentially and its billing increasingly impacts the world market. The characterization of nanoscale nanomaterials and devices is a huge challenge, which directly affects the scientific and technological advance of these structures. The use of medium energy ion scattering technique (MEIS) in the characterization of nanostructures has been increasing due to its ability to determine, with subnanometric resolution, elemental compositions and concentration profile in thin films. This technique can be used as an additional tool for the characterization of nanoparticle (NPs) shape, composition, size distribution, and stoichiometry. In addition, ion and electron scattering techniques provide the elemental depth profile in terms of the product between thickness and density. Through the use of molecular beams, the MEIS technique is unique for quantifying absolute thickness and densities. In this work, we apply the MEIS technique to characterize advanced devices and materials. For this, we have used the MEIS technique in three different ways: MEIS cartography, conventional MEIS, and Coulombian explosion. MEIS cartography was used to analyze the absence of a center of symmetry in the gallium phosphide (GaP) crystal and to determine its complete crystallographic orientation. Through conventional MEIS we determine the distribution of dopants and the main dimensions of a tridimensional transistor. Finally, we use the Coulomb explosion to quantify the absolute thickness and density of a grown silicon dioxide (SiO2) layer due to a cleaning process performed after a plasma arsenic (As) implantation. In addition, we obtain the depth profile of As. Thus, we use each potentiality of the MEIS technique to show its scope. These results show that the versatility of the MEIS technique allows characterization of advanced materials and devices, opening new perspectives for the use of ion and molecule beams in nanometric characterization.

A partir de uma abordagem teórica e experimental, a perda de energia ou a força de freamento de íons individuais e dímeros atravessando um gás de elétrons livres (teoricamente) e um meio sólido (experimentalmente) e investigada cuidadosamente neste trabalho. Do ponto de vista teórico, a descrição da interação de íons com um gás de elétrons e feita em termos do potencial de espalhamento elétron- on. Os resultados mostram diferentes soluções para os potenciais auto-consistentes em baixas energias dos projéteis, as quais são relacionadas a diferentes graus de excitação da nuvem eletrônica em torno do projétil. Uma interpolação dinâmica do potencial de espalhamento V (r) e proposta e usada para calcular a força de freamento. Esses resultados estão em bom acordo com os cálculos de benchmark da TD-DFT, bem como com os dados experimentais. Experimentalmente, focamos nosso estudo na técnica de espalhamento de íon de energia média (MEIS) para a obtenção da perda de energia de íons de H+ e HeH+ em Al2O3. O objetivo dessa investigação e melhorar nosso entendimento do efeito de vizinhança negativo e positivo observado na perda de energia de íons moleculares. Em baixas energias, esse efeito de vizinhança e caracterizado por uma interferência negativa que e responsável pela menor perda de energia dos fragmentos dos íons moleculares quando comparada ao caso onde os fragmentos estão longe um do outro. Em altas energias o efeito se inverte. Motivados por uma descrição mais acurada desses efeitos, um novo modelo não linear foi desenvolvido através da generalização do modelo da abordagem da densidade induzida (IDA) para a interação de íons moleculares com um gás de elétrons livres, nomeadamente como IDA-Mol. Para o potencial de espalhamento dos dímeros e proposta uma correção para a carga de polarização em torno do on Z1 devido a vizinhan ca de um on Z2. A análise dos resultados obtidos a partir da IDA-Mol nos permitiu, pela primeira vez, explicar a origem do efeito de vizinhança negativo (baixas energias) e positivo (altas energias), bem como a transição abrupta observada entre os efeitos negativos e positivos do efeito de vizinhança na perda de energia. From a theoretical and experimental approach, the energy loss or the stopping force of individual ions and dimers in a free electrons gas (FEG) (theoretically) and in a solid medium (experimentally) is carefully investigated in this work. From the theoretical point of view, the description of the interaction of ions with an electron gas is made in terms of the electron-ion scattering potential. The results show di erent solutions for the self-consistent potentials at low energies of the projectiles, which are related to di erent degrees of excitation of the electronic cloud around the projectile. A dynamic interpolation of the scattering potential V (r) is proposed and used to calculate the stopping force. These results are in good agreement with TD-DFT benchmark calculations, as well as with the experimental data. Experimentally, we focused our study on the medium energy ion scattering (MEIS) technique to obtain the energy loss of H+ ions and HeH+ dimers in Al2O3. The aim of this investigation is to improve our understanding of the negative and positive vicinage e ects observed in the energy loss of dimers. At low energies, this vicinage e ect is characterized by a negative interference that is responsible for the lower energy loss of the dimer fragments when compared to the case where the fragments are far from each other. At high energies the e ect is reversed. Motivated by a more accurate description of these e ects, a new nonlinear model was developed through the generalization of the induced density approach (IDA) model for the interaction of dimers with a free electron gas, namely IDA-Mol. For the scattering potential of the dimers a correction is proposed for the polarization charge around the ion Z1 due to the Z2 companion. The analysis of the results obtained from the IDA-Mol allowed us, for the rst time, to explain the origin of the negative (low energies) and positive (high energies) vicinage e ects, as well as the abrupt transition observed between the negative and positive e ects of the vicinage e ect in the energy loss.

Apesar de todos os esforços feitos até hoje para explorar as propriedades estruturais de nanopartículas bimetálicas, ainda há uma restrição no que se refere a ferramentas adequadas para analizar com sucesso suas estruturas e composição. Nessa tese de doutorado, diferentes amostras contendo nanopartículas de PtPd foram sintetizadas de modo a conseguir um determinando arranjo atômico dos elementos no interior da nanopartícula, que podem ser uma estrutura caro¸cocasca (o que significa que um elemento está no caroço da nanopartícula e o outro elemento está presente na casca da nanopartícula) ou nanoliga. As amostras foram analisadas via MEIS (Espalhamento de Ions de Média Energia) e análise elementar espacialmente resolvida via espectroscopia de energia dispersiva (EDX) no modo STEM (Microscópio Eletrônico de Transmissão e Varredura). O uso complementar das técnicas MEIS e STEM mostrou-se de grande valia, sendo que a primeira analisa estatisticamente milhões de nanopartículas, enquanto que a segunda analisa as nanopartículas individualmente. Como fruto disso, as medidas com suas respectivas simulações conseguiram prover detalhes importantíssimos, tais como raio do caroço, espessura e composição da casca, e também distinguiu estruturas caroço casca. Estruturas de nanoligas de PtPd e caroço de Pd foram sintetizadas com sucesso, enquanto que a tentativa de criar uma estrutura com caroço de Pt resultou em uma mistura de estruturas caroço casca (caro¸co de Pt ou Pd) e nanoligas. Além disso, a sensibilidade da técnica MEIS à superfície da nanopartícula foi corroborada, sendo que ela foi capaz de quantificar a composição mais plausível da casca. Despite all efforts that have been performed to explore the structural properties of bimetallic nanoparticles, there is still a constraint in the proper use of tools to successfully analyze their composition and structure. In this doctoral thesis different samples containing PtPd nanoparticles were synthesized in such a way to form a determined atomic arrangement of elements within the nanoparticle, which could be a nanoalloy or a core@shell structure. The samples were analysed via MEIS (Medium Energy Ion Scattering) and space-resolved elemental analysis energy dispersive spectroscopy (EDX) in the STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy) mode. The complementarity of MEIS and STEM was validated, since the first technique analyses statistically million of nanoparticles, while the second ones analyses the nanoparticles individually. As a result, the measurements along with their respective simulations enabled us to obtain some very important nanoparticle details, such as the core and shell sizes, composition of the shell, and to distinguish different core@shell structures. Nanoalloys and Pd-core structures were successfully synthesized, while the attempt to produce a Pt-core resulted in a mixture of core@shell structures (Pt or Pd core) and nanoalloys. Moreover, MEIS sensitivity to the nanoparticles surface was corroborated by the fact that we were able to quantify the most plausible shell composition of the nanoparticles.

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo sistemático dos mecanismos de difusão responsáveis pelo switching de resistência em memórias resistivas. Essas memórias possuem estrutura semelhante a de um capacitor, a qual sofre uma transição de resistência induzida pela aplicação de um campo elétrico. A transição é provocada pela formação de filamentos condutivos no interior da matriz semicondutora. Os filamentos podem ser constituídos por metal originado de um dos eletrodos (ECM) ou por regiões do óxido deficientes em oxigênio (VCM), geradas pela difusão de vacâncias de oxigênio. Dispositivos de TiO2 foram construídos e sua resposta elétrica foi adquirida através de medidas elétricas do tipo I-V para diferentes metais de eletrodo. Técnicas de análise por feixe de íons, como retroespalhamento Rutherford por micro-feixe e perfilometria com reação nuclear ressonante, foram usadas para detalhamento dos processos de difusão. Constatou-se uma dependência do comportamento elétrico em função do método de deposição da camada semicondutora, sua espessura e os parâmetros da medida de tensão. No caso do filamento ser composto por átomos de metal, espectros de micro-RBS foram adquiridos para identificar a sua estrutura no interior do óxido. Ainda, observaram-se bolhas na superfície do eletrodo superior dos dispositivos com difusão de vacâncias de oxigênio após o tratamento elétrico. Nesse mesmo contexto, foi medida a difusividade e energia de ativação da difusão de oxigênio em filmes finos de TiOy. In this work we developed a systematic study of diffusion mechanisms which are responsible for resistance switching in resistive memories. The structure of these memories is similar to a capacitor which suffers resistance transition induced by electrical field. The transition is caused by the formation of conductive filaments inside the semiconductor matrix. The filaments may be constituted by metal from one of the electrodes (ECM) or by oxygen deficient areas (VCM), generated from oxygen vacancies diffusion. Devices of TiO2 have been built and its electrical response was acquired through electrical measurements (I-V) for different electrode metals. Ion beam techniques such as micro-probe Rutherford Backscattering and Nuclear Reaction Profiling were used to detail the diffusion processes. It was observed a dependence in the electrical behaviour with the semiconductor layer deposition method, its thickness and bias measurement parameters. In the case which filaments are composed by metal atoms, measurements of micro-RBS were performed to identify its structure inside the oxide. Also, bubbles have been observed over the surface of top electrode in devices with oxygen vacancies diffusion after the electrical treatment. In this context, it was measured diffusivity and activation energy for oxygen diffusion in thin TiOy films.

O memristor é um dos dispositivos mais promissores sendo estudados para múltiplos usos em sistemas eletrônicos, com aplicações desde memórias não voláteis a redes neurais artificiais. Seu funcionamento é baseado na formação e ruptura de filamentos condutores nanométricos, o que altera drasticamente a resistência do dispositivo. Estes filamentos são formados pela acumulação de vacâncias de oxigênio, portanto um profundo entendimento da autodifusão de oxigênio nestes sistemas é necessário. Medidas acuradas da difusão em óxidos metálicos foi obtida com o desenvolvimento de uma análise quantitativa do espectro em energia de elétrons retroespalhados. A inovadora técnica de RBS de elétrons (ERBS) utiliza elétrons de alta energia ( 40 keV) para investigar a região próxima a superfície (10–100 nm). Medidas da região de alta perda de energia – chamada de Spectroscopia de Perda de Alta-Energia de Elétrons Refletidos (RHEELS) – também exibe características da estrutura eletrônica dos materiais. Um procedimento cuidadoso para o ajuste de espectros de ERBS foi desenvolvido, e então aplicado na análise de amostras multi camada de Si3N4/TiO2, e medidas de band gap de alguns óxidos, como SiO2, CaCO3 e Li2CO3. Simulações de Monte Carlo foram empregadas no estudo dos efeitos de espalhamento múltiplo nos espectros de ERBS, e uma descrição dielétrica dos espalhamentos inelásticos extendeu as simulação para também considerarem os picos de exitação plasmônica observados em RHEELS. Estas ferramentas de análise foram integradas em um pacote chamado PowerInteraction. Com o uso deste, uma série de medidas de autodifusão de oxigênio em TiO2 foram conduzidas. As amostras eram compostas por dois filmes de TiO2 depositados por sputtering, um dos quais enriquecido com isótopo 18 de oxigênio. Após tratamentos térmicos, perfis de difusão foram obtidos pelo rastreio das concentrações relativas dos isótopos de oxigênio nos dois filmes. Do comportamento logarítmico dos coeficientes de difusão em relação à temperatura, uma energia de ativação de 1.05 eV para a autodifusão de oxigênio em TiO2 foi obtida. Análises por feixes de íons, como RBS e NRA/NRP (Análise/Perfilometria por Reação Nuclear), também forneceram informações complementares. The memristor is one of the most promising devices being studied for multiple uses in future electronic systems, with applications ranging from nonvolatile memories to artificial neural networks. Its working is based on the forming and rupturing of nano-scaled conductive filaments, which drastically alters the device’s resistance. These filaments are formed by oxygen vacancy accumulation, hence a deep understanding of the self-diffusion of oxygen in these systems is necessary. Accurate measurements of oxygen self-diffusion on metal oxides was achieved with the development of a quantitative analysis of the energy spectrum of the backscattering of electrons. The novel technique called Electron Rutherford Backscattering Spectroscopy (ERBS) uses the scattering of high energy electrons ( 40 keV) to probe the sample’s near surface (10–100 nm). Measurements of the high energy loss region – called Reflection High-Energy Electron Loss Spectroscopy (RHEELS) – also exhibit characteristics of the material’s electronic structure. A careful procedure was developed for the fitting of ERBS spectra, which was then applied on the analysis of multi-layered samples of Si3N4/TiO2, and measurements of the band gap of common oxides, such as SiO2, CaCO3 and Li2CO3. Monte Carlo simulations were employed to study the effects of multiple elastic scatterings in ERBS spectra, and a dielectric function description of inelastic scatterings extended the simulation to also consider the plasmon excitation peaks observed in RHEELS. These analysis tools were integrated into a package named PowerInteraction. With its use, a series of measurements of oxygen self-diffusion in TiO2 were conducted. The samples were composed of two sputtered deposited TiO2 layers, one of which was enriched with the 18 mass oxygen isotope. After thermal annealing, diffusion profiles were obtained by tracking the relative concentration of oxygen isotopes in both films. From the logarithmic temperature dependence of the diffusion coefficients, an activation energy of 1.05 eV for oxygen self-diffusion in TiO2 was obtained. Common ion beam analysis, such as RBS and NRA/NRP (Nuclear Reaction Analysis/Profiling), were also used to provide complementary information.

A caracterização do strain (deformação) em estruturas cristalinas em filmes finos semicondutores apresenta importantes aplicações tecnológicas, como por exemplo: a formação de defeitos, modificação da estrutura das bandas de condução e valência, e consequentemente modificando a mobilidade de portadores no material. Técnicas de espalhamento com íons de H e He têm sido amplamente empregadas para determinar a deformação, visto que mudanças na canalização ou nas direções de bloqueio podem ser facilmente relacionadas com as deformações no parâmetro de rede. Um novo método, chamado de cartografia-MEIS, é utilizado para determinar a intensidade da deformação estrutural em uma rede cristalográfica. A partir desta técnica, a projeção estereográfica de um único cristal pode ser medida com uma técnica MEIS padrão para um determinado elemento atômico e determinada profundidade. Aqui demonstramos que esta técnica pode ser expandida para caracterizar heteroestruturas SiGe tensas com alta precisão. Em nosso método, não só as principais direções cristalinas são analisados, mas também os índices mais elevados. O método também proporciona sensibilidade elementar com resolução de profundidade e pode ser utilizado em materiais nanoestruturados. A determinação da deformação baseia-se na posição das muitas linhas de bloqueio, ao contrário dos métodos tradicionais, onde duas direções são utilizados. Nós também fornecemos um método para determinar o melhor ajuste nos dados para a deformação na rede, verificando estes resultados a partir de simulações de Monte-Carlo. The characterization of the strain in the crystal structures of thin semiconductor films has important technological applications such as, for example, the formation of defects, changes in the structure of the conduction and valence bands, and therefore modifying the mobility of carriers in the material. Scattering techniques with H and He ions have been widely used to determine the deformation, as changes in drains or the blocking directions can be easily related to the deformation of the lattice parameter. A new method, called cartography-MEIS, is used to determine the intensity of the structural deformation in a crystallographic structure. From this technique, the stereographic projection of a single crystal can be measured with a standard MEIS technique for a particular atomic element and given depth. Here we demonstrate that this technique can be expanded to characterize strained SiGe heterostructures with high accuracy. In our method, not only the main crystalline directions are analyzed but also the higher index ones. The method also provides elemental sensitivity with depth resolution and can be used in nano-structured materials. The determination of the strain is based on the position of the many blocking lines contrary to the traditional methods where two directions are used. We also provide a method to determine the lattice deformation fitting the data best and checked it against full Monte-Carlo simulations.

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

Neste trabalho são analisadas as modificações provocadas pela irradiação iônica e tratamento térmico no exchange bias (EB) e no campo coercivo (HC) em filmes finos de IrMn/NiCu e IrMn/NiFe; neste último estudou-se a influência da ordem das camadas ferromagnética (FM) e antiferromagnética (AF). As irradiações foram feitas com íons de He+, Ge+ e Ar+ a diversas fluências. Flutuações temporais do EB são estudadas no sistema IrMn/NiFe através de uma análise da evolução temporal do fenômeno em diferentes temperaturas e fluências. Observa-se um grande aumento em HC no sistema IrMn/NiCu, que não apresenta EB, quando são feitas irradiações com Ar+. Tal aumento é explicado por defeitos criados na camada FM, que podem modificar a rugosidade interfacial e favorecer a quebra do FM em domínios devido à interação com o material AF. No sistema IrMn/NiFe observam-se modificações diversas no EB e HC das amostras dependendo da ordem de deposição das camadas FM/AF. No caso em que o material AF é crescido primeiro, uma investigação profunda das modificações estruturais e magnéticas foi feita. Análises estruturais mostram que tanto a irradiação iônica quanto o tratamento térmico não provocam interdifusão significante na interface IrMn/NiFe. Por outro lado, a estrutura do IrMn revelou diferenças na amostra irradiada com íons. Com o auxílio de simulações, tal efeito foi explicado por um processo de ordenamento químico da liga IrMn, que está de acordo com o maior EB obtido. As modificações na coercividade no sistema IrMn/NiFe foram investigadas com medidas de magnetização e ressonância ferromagnética. Foi observado campo de anisotropia rodável (HRA) negativo que foi explicado considerando acoplamento interfacial antiparalelo entre os momentos rodáveis e a camada FM que em campos mais elevados se alinham paralelamente. A anticorrelação entre HC e HRA foi atribuída a mudanças na constante de anisotropia dos grãos rodáveis, que se relaciona inversamente com HRA. O estudo das mudanças temporais do EB revela que a magnetização remanente da camada ferromagnética tem um papel essencial para a evolução do EB e que efeitos de aquecimento derivados da corrente utilizada na irradiação não mudam a taxa de evolução temporal do EB. In this work we study the modifications of the exchange bias (EB) and coercive field (HC) of IrMn/NiFe and IrMn/NiCu thin films, induced by magnetic annealing (MA) and ion bombardment (IB). The last ones were done with He+, Ge+ and Ar+ ions at several fluences. The layer deposition order, ion beam fluence and current, structural changes and magnetic dynamical effects are investigated. The increase of HC with fluence is observed for the IrMn/NiCu system much higher for Ar+ implantation. This last increase is explained considering that the deffects induced by IB in the FM material, favor the domain formation through the interaction with the AF, and the increase of interfacial roughness. The modifications of EB and HC observed on the NiFe/IrMn system vary according to the layer deposition order, where a complete magnetical and structural investigation was carried out for the sample with the AF layer grown first. Structural analysis of the NiFe/IrMn system does nor show any interdiffusion induced at the FM/AF interface by MA or IB. Nevertheless a chemical ordering process is observed for the IB samples. These last effect is in agreement with the magnetic data, taht shows higher EB for the IB samples. The coercivity modifications of the NiFe/IrMn films were investigated through hysteresis loops and ferromagnetic resonance. We observed negative rotatable anisotropy field (HRA), which is explained considering field induced flips of the rotatable grains coupling (antiparallel/ parallel). The inverse correlation between HC and HRA was explained considering the changes on the rotatable grains anisotropy constant, that relates inversely to HRA. The EB time dependence was also investigated, where it is shown that the ferromagnetic remanent magnetization plays a key role in the EB temporal evolution and that heating effects driven by irradiation current do not change the temporal drift of EB.

Quando íons rápidos e pesados incidem em um alvo, eles depositam energia através de excitação eletrônica e induzem a ejeção de partículas da superfície da amostra, fenômeno conhecido como sputtering eletrônico. Quando cristais como o CaF2 são irradiados com íons pesados, a emissão de aglomerados tem uma componente do tipo jato normal à superfície do alvo. A emissão do tipo jato é provavelmente devido a ejeção de nanopartículas (NPs), porém a origem deste efeito jato ainda não é bem conhecida. Neste trabalho, nanopartículas de CaF2 depositadas sobre silício, através da técnica de sputtering eletrônico, foram caracterizadas com a técnica de Espalhamento de Íons com Energia Intermediária (MEIS). MEIS é uma poderosa técnica de caracterização bem conhecida para a análise de superfícies e filmes finos. Resultados de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e MEIS concordam muito bem em respeito ao tamanho e distribuição de tamanho das nanopartículas. Neste trabalho determinou-se a geometria, o tamanho e a densidade de nanopartículas de CaF2 ejetadas sobre Si. A geometria com o melhor ajuste foi a de uma esfera, enquanto que os tamanhos e densidades encontrados foram de 5,0 nm, 4,0 nm e 4,5 nm de raio e 0,0015, 0,00125 e 0,00045 NPs/cm2 para as amostras dos ângulos 11°, 33° e 55° respectivamente. When swift heavy ions penetrate in a solid, they deposit energy by electronic excitation processes and induce the ejection of particles from the sample's surface, which is known as electronic sputtering. For ionic crystals such as CaF2, the emission has a jet-like component normal to the target surface. The jet-like emission is probably due to the ejection of nanoparticles (NPs), but the origin of this jet-like e ect is not well understood. In this work, we characterize the CaF2 nanoparticles deposited on silicon samples through Medium Energy Ion Scattering technique (MEIS). MEIS is a well-established technique to analyze surfaces and thin lms. The TEM and MEIS data agree well with respect to size and size distribution of the nanoparticles. In this work we determined the geometry, the size and the density of CaF2 nanoparticles sputtered on Si. The geometry of the nanoparticles is compatible with a sphere with radii and densities of 5.0 nm, 4.0 nm, 4.5 nm and 0.0015 NPs/cm2, 0.00125 NPs/cm2 and 0.00045 NPs/cm2 for the samples at 11° , 33° and 55° angles respectively.

Nanocristais semicondutores (quantum dots - QDs) são empregados em quase todas as áreas da nanotecnologia. Isso se deve principalmente a possibilidade de controlar suas propriedades físicas, como propriedades ópticas e elétricas, apenas pelo controle do tamanho do nanocristal. Entretanto esses novos materiais também possuem novos desafios tecnológicos. Um deles é a caracterização de materiais tão pequenos. Poucas técnicas experimentais têm sensibilidade ou resolução para nanocaracterização. Espalhamento de íons com energias intermediárias (MEIS) é uma técnica para análise de superfícies cristalinas, capaz de determinar composições elementares e perfil de concentrações em filmes ultra-finos, com resolução em profundidade melhor do que 1 nm. Por esse motivo, ela surgiu como uma poderosa técnica para caracterização de nanomateriais, com a vantagem de ser capaz de determinar perfil de concentrações elementares dentro de nanoestruturas. Desenvolvemos um programa Monte Carlo, chamado PowerMeis, para simulação de espectros de MEIS, voltado à análise de nanoestruturas e capaz de simular espectros para qualquer tipo de amostra nanoestruturada. Com o uso desse programa, é possível determinar as características estruturais mais prováveis para uma amostra, encontrando a respectiva configuração no PowerMeis que resulta no melhor ajuste entre os espectros simulado e experimental. Através dessa técnica, foram desenvolvidos vários trabalhos voltados à caracterização de superfícies e interfaces nanoestruturadas. Nesse trabalho, utilizamos a técnica MEIS, combinada com emissão de raios X induzida por partículas (PIXE), espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para estudar quantum dots núcleo-casca de CdSe/ZnS, diluídos em solução de tolueno, disponíveis comercialmente. Nosso objetivo é determinar a estrutura interna desses materiais, e estudar as modificações dessa estrutura, quando submetidos a processos externos, como tratamento térmico e irradiação por íons. Apresentamos o processo de caracterização desses sistemas, desde o preparo de amostras sólidas para análise com feixe de íons, determinação de densidade e distribuição espacial de QDs na superfície da amostra, até a análise da estrutura interna e de sua modificação mediante tratamento térmico. Nosso estudo mostra que, apesar dos QDs terem uma razão Cd:Se de 0,69:0,31, o núcleo é um cristal estequiométrico de CdSe e o cádmio excedente está distribuído na casca, formando uma estrutura Cd-Se/CdZnS. Após tratamento térmico a 450 °C por 5 minutos, há uma redução no tamanho do núcleo e uma modificação na forma da casca, havendo uma maior concentração de zinco na base da nanoestrutura. Semiconductor nanocrystals (quantum dots - QDs) are employed in almost all elds of nanotechnology. This is mostly due to the ability to control its physical properties, such as optical and electrical ones, by controling only the size of the nanocrystal. However these new materials also have new technological challenges. One of them is the characterization of materials so small. Few experimental techniques have sensitivity or resolution for nanocharacterization. Medium energy ion scattering (MEIS) is a technique for crystal surfaces analysis, capable to determine elemental composition and concentration pro le in ultra-thin lms, with depth resolution better than 1 nm. For that reason, it has emerged as a powerful technique for characterization of nanomaterials, with the advantage to be able to make elemental concentration pro le within nanostructures. We developed a Monte Carlo program, called PowerMeis, for MEIS spectra simulation, focused on the analysis of nanostructures and able to simulate spectra for any kind of nanostructured sample. By using this program, we are able to determine the most probable structural characteristics for a given sample, by nding the respective PowerMeis input which led to the best comparison between simulated and experimental spectra. We used this technique in several studies on characterization of nanostructured surfaces and interfaces. In the present work, we used the MEIS technique, combined with particle induced X ray emission (PIXE), Rutherford backscattering spectrometry (RBS) and transmission electronic microscopy (TEM) to study core-shell quantum dots of CdSe/ZnS, commercially available diluted in toluene solution. Our goal is to determine the internal structure of these materials, and to study the modi cations of this structure when submited to external processes such as heat treatment and ion irradiation. We present the process of characterization of these systems, from the preparation of solid samples for ion beam analysis, density determination and spatial distribution of QDs on the surface of the sample, up to the analysis of the internal structure and its modi cation by termal treatment. Our study shows that, despite the QDs have a Cd:Se ratio of 0.69:0.31, the nucleus is a stoichiometric CdSe crystal and the excess of cadmium is distributed on the shell, forming a CdSe/CdZnS structure. After termal treatment at 450 C for 5 minutes, there is a decrease on the nucleus diameter and a modi cation on the shell shape, with a higher concentration of zinc at the nanostructure bottom.

A síntese de sistemas nanoestruturados bidimensionais enterrados em matrizes sólidas têm atraído interesse em associação, por exemplo, com aplicações plasmônicas e magnéticas. Para ambas, as propriedades dos sistemas de nano-partículas (NPs) são fortemente dependentes em seus tamanhos, formas, densidade areal e ordem espacial do conjunto de NP. Espalhamento de íons de energia intermediaria (MEIS) é uma técnica de feixe de íons, que possui grande potencial na investigação de tais sistemas através do uso do software PowerMEIS. Este considera qualquer geometria, distribuição de tamanhos, composição e densidade das nanoestruturas. Porém, efeitos de Espalhamento Múltiplo (EM) e Espalhamento Plural (EP) não haviam ainda sido considerados em trabalhos anteriores. Estes efeitos podem ser importantes na análise de sistemas compostos por NPs enterradas e também para análises de MEIS com uso de íons mais pesados que He+, além de medidas a baixas energias. Para tal, um estudo do efeito de EM e EP em espectros de MEIS foi realizado, salientando-se a diferença dos dois processos de espalhamento. Neste trabalho, um algoritmo Monte Carlo para a simulação da perda de energia dos íons devido à efeitos de EM e EP foi incluído no software de simulação PowerMEIS. Os resultados mostram uma contribuição de efeitos de EM no caso de análises de sistemas 2D de NPs de Pb, entre 44 e 61 nm distantes da superfície, medidos por MEIS com íons de He+ com energias de 100 keV. A determinação do tamanho das NPs pela análise de MEIS foi afetada pela inclusão dos efeitos de EM, alcançando um valor mais próximo ao obtido por Microscopia de Transmissão de Elétrons (TEM). Simulações de EP de espectros de MEIS utilizando íons de He+ com 98,3 KeV sobre um filme de 12 nm de Pt depositado sobre substrato de Si exemplificam amostras onde os processos de EP possuem forte influência no espectro obtido. The synthesis of 2-dimensional nanostructured systems buried into a solid matrix has attracted interest in connection e.g. with plasmonic or magnetic applications. For both, the properties of the nanoparticle (NP) system are strongly dependent on the size, shape, areal number density and spatial order of the NP set. Medium energy ion scattering (MEIS) is an ion beam characterization technique, which has great potentiality to investigate such kind of systems through the use of PowerMEIS software. Who considers any geometry, size distribution, composition and density of the nanostructures. However, Multiple Scattering (MS) and Plural Scattering (PS) effects have not been taken into account. These effects can be important for the analysis of systems composed by buried NPs and also for MEIS analysis using ions heavier than He+, measured at lower energies. For such, a study about the MS and PS effects in MEIS spectra was executed, stressing the difference between both scattering process. In this work, a Monte Carlo algorithm for the ion energy loss simulation due to MS and PS effects was included in the PowerMEIS simulation software. The results show a contribution of MS effects in case of the analysis of a 2D array of Pb NPs, distant from the surface between 44 and 61 nm, using 100 keV He + ions. The size determination of the NPs by the MEIS analysis was affected by the inclusion of MS effects, achieving a value closer to that obtained by Transmission Electron Microscopy (TEM). Simulations of PS effects in MEIS spectra, from 98,3 keV He+ on 12 nm Pt film deposited on Si substrate, ilustrates samples where PS process have great influence in the output spectra.

Arranjos planares de nanoparticulas (NPs). enterrados em matriz sólida tern atraído grande interesse tanto nas ares de nanociência quantd nas de nanotecnologia, devido às suas propriedades físicas, tais como plasmOnicas e magnéticas. As propriedades destes sistemas de NPs são fortemente dependentes do tamanho e da sua dispersão, forma geométrica, densidade areal de número e ordenamento espacial do conjunto de NPs, bem como de sua estequiometria local. Corripreender e caracterizar este tipo de sistemas exige técnicas -de caracterização microestrutiiral e de composição, entre as quais espalhamento de íons com energias intermediárias (MEIS) surge como uma candidata interessante para esta finalidade. MEIS é uma técnica de caracterização por feixe de íons capaz de determinar, Corri resolução em. profundidade subnariornétrica, perfis de concentração e composição elementar em filmes finos. Além disso, recentemente experimentos de MEIS foram usados como uma ferramenta adicional para a caracterização da forma, distribuição de 'tamanhos e de estequiometria de sistemas de NPs expostos à superfície, e também para determinação .da distribuição elementar em função da profundidade numa única NP. No entanto, o emprego de MEIS na investigação de sistemas nanoestruturados ainda não .é bem compreendido, e, antes da realização do presente trabalho, não haviam referências sobre a investigação- de,nánoestruturas enterradas por MEIS. Através do uso de um software de simulação Monte Carlo desenvolvido pelo nosso grupo, o PowerMEIS, com a qual pode se levar em consideração qualquer forma geométrica de NP, distribuição de tamanhos, a correlação espacial e estequiometria -das nanoestruturas e também a assimetria da distribuição de perda de energia dos íons, explOramos a potencialidade do emprego de MEIS na investigação- de sistemas planares de nanoestruturas embebidas numa matriz sólida. No presente trabalho é mostrada a capacidade da.análise MEIS 'combinada com técnicas complementares, tais como a microscopia electrOnica de transmissão (TEM) e espalhamento a baiXo ângulo de' raios-X com incidência rasante (GISAXS), por meio da investigação de 'vários sistemas-modelo, a saber: (i) arranjos planares de NPs de Pb enterrados sob uma camada de sílica na interface Si02 /Si, investigados através da anlise combinada de MEIS, TEM e GISAXS. Apenag por MEIS não e observada sensibilidade à forma geométrica dás NPs e, impOrtantes efeitos de straggling e espalhamentos múltiplos foram observados. Através da análise combinada de TEM e GISAXS as propriedades microestruturais das NPs foram determinadas. As diferenças doS resultados obtidos a partir destas duas técnicas foram melhor compreendidos através das análiseS combinadas de MEIS e TEM no modo varredura (STEM) detector anular em alto ângulo em campo escuro (HAADF), que permite obter imagens com contraste Z. Somente combinando TEM padrão, GISAXS e MEIS pode levar a um resultado não realístico (NPs de Pb + átomos de Pb misturados no Si02 ), ao invés de um sistema bimodal NPs, com baixa densidade areal de número de NPs maiores e mais alorigados; (ii) arranjos planares de NPs esféricas de Au. em Si02, onde forain obtidos não somente as propriedades microestruturais da NPs propriamente por meio da análise, de TEM e GISAXS, mas também a distribuição de Au na matriz de Si02 nas vizinhanças das NPs; (iii) um conjunto planar de. NPs do tipo caroço/casca de Fe/Fe,Siy0, próximas à superfície embebidas em matriz de Si02.,. onde as características morfológicas das. NPs foram caracterizadas por meio de observações TEM, e a estequiometria local da casca foi obtida combinando MEIS com os resultados da análise de TEM. A análise TEM+MEIS- foi comparada com o perfil de profundidade do estado químico do Fe obtido por espectroscopia de fotoelétrons (XPS) em função da energia. Como uma técnica não-destrutiva que permite investigar tanto a superfície quanto, profundidades de até algumas poucas dezenas de nanõrhetros de um material, o uso de MEIS abre novas perspectivas para o estudo do arranjos planares de NPs embebidas em matriz sólida por investigações it in, situ, no curso de um determinado processo, tal como à irradiação ou tratamento térmico.

Neste trabalho é apresentado um estudo sistemático sobre as modificações do fenômeno exchange bias (EB) quando ha a inserção de uma camada espaçadora magnética no sistema IrMn/Co, com o objetivo de melhor entender a relação interfacial deste. Foram fabricadas, via magnetron sputtering, tricamadas do tipo IrMn/Fe(tFe)/Co, onde a espessura da camada de Fe varia entre 0,25 e 1,50nm. Para a otimização do efeito de EB, as amostras foram submetidas a dois tipos de tratamento post-situ: tratamento térmico, em uma temperatura de 210 _C, na presença de um campo magnético externo de 2,1 kOe; e irradiação iônica com __ons He+, a uma energia de 40 keV, em seis fluências diferentes e campo magnético aplicado de 5,5 kOe. As caracterizações magnética e estrutural foram feita utilizando um magnetômetro de gradiente de força alternada (AGFM) e um difratômetro de raio-x, respectivamente. Os padrões de difração indicam que o IrMn cresce com textura (111) em todas as amostras, importante para a observação do EB. Uma análise do campo de deslocamento em função da espessura da camada espaçadora de Fe apresenta um aumento inicial significante do HEB, com um valor máximo em tFe=0,5 nm, seguido de um decréscimo gradual. Este comportamento é observado tanto para as amostras tratadas termicamente como para as submetidas a irradiação iônica. Isto pode ser explicado com dois mecanismos diferentes. O aumento inicial ainda não está bem entendido, mas uma possível explicação é o acréscimo na quantidade de spins interfaciais não-compensados, visto que para as baixas espessuras não se tem uma camada contínua de Fe. Outra hipótese seria a formação de ligas na interface que apresentem uma interação de troca mais intensa, como IrMnFe. As camadas espaçadoras com espessuras maiores que 0,5nm já poderiam estar completas, apresentando ordem ferromagnética, e assim causando a diminuição do EB. In this work we present a systematic study of the modi cations on exchange bias (EB) phenomenon when a magnetic spacer layer is inserted in the IrMn/Co system, in order to better understand its interfacial relation. IrMn/Fe(tFe)/Co trilayers were prepared via magnetron sputtering, with Fe thicknesses between 0.25 and 1.50 nm. The EB e ect was optmized using two di erents post-situ treatments: thermal annealing, at 210 C, in the presence of an external magnetic eld of 2.1 kOe; and 40 keV He ion irradiation with six di erents uencies in the presence of an external magnetic eld of 5.5 kOe. Magnetic and structural characterizations were made using an alterning gradient force magnetometer (AGFM) and a x-ray di ractometer, respectively. The di raction pattern indicates an (111) textured growth of IrMn in all samples, important for the EB observation. An analysis of the exchange bias eld in function of the Fe spacer layer thickness shows a signi cant initial increase of the HEB, with a maximum value at tFe=0.5 nm, followed by a gradual decrease. This behavior is observed for both annealed and irradiated samples. This can be explained by two di erents mechanisms. The initial enhancement is not yet well understood, but a possible explanation is an increase in the number of uncompensated interfacial spins, seeing that, for low thicknesses, the Fe layer is not continuous. Another hypothesis is the formation of alloys in interface, which may present a stronger exchange interaction, e.g., IrMmFe. The spacer layers with thicknesses larger than 0.5nm could already be complete, presenting ferromagnetic order, thus causing the observed decrease in EB.

São investigadas as modificações na anisotropia magnética de exchange bias (EB) de filmes finos de IrMn/Cu/Co induzidas pela irradiação de íons. Os filmes são constituídos de uma camada antiferromagnética (AF) de IrMn acoplada a uma camada ferromagnética de cobalto (Co), separadas por um espaçador não-magnético de cobre (Cu). Irradiações com íons de He+ a baixa energia foram feitas para diferentes fluências e correntes, na presença de um campo magnético de aproximadamente 5 kOe. Amostras com e sem espaçador de Cu foram irradiadas e vários feixes a diferentes energias e fluências foram empregados, de modo a compreender os processos físicos responsáveis pelas modificações observadas nas propriedades magnéticas. Uma completa reorientação do EB na direção do campo aplicado durante as irradiações é observada, assim como e obtido um aumento do campo de exchange bias (HER) com a fluência. O aumento do HEB induzido pela irradiação, e maior que o obtido via tratamento térmico. Um aumento maior e mais rápido do HEB e obtido para as amostras sem espaçador de Cu. O papel da excitação eletrônica e dos defeitos causados pela irradiação iônica e investigado usando íons de H+ e Ne+ a energias escolhidas. Uma dependência das modificações provocadas no EB com os defeitos causados pelos íons e bem estabelecida. Os resultados observados são explicados através de um modelo fenomenológico que leva em conta as modificações induzidas na estrutura granular do material AF pela irradiação iônica. The modifications of the magnetic anisotropy (exchange bias, EB) induced by ion irradiation in IrMn/Cu/Co thin films are investigated. The films consist of an antiferromagnetic (AF) layer (IrMn), coupled to a ferromagnetic one (Co) separated by a non-magnetic spacer (Cu). Low energy He+ irradiation has been performed for different ion fluenciesiand currents, in an external magnetic field of about 5 kOe. In addition, two different samples have been irradiated (with and without Cu spacer) and ions of other elements, with different energies, have also been used in order to understand the underlying physical processes responsible for the observed modifications of the magnetic properties. A complete reorientation of the EB direction towards that of the applied field during irradiation is observed. Moreover, an increase of the EB field HEB with the ion fluence is obtained. The enhancement of HEB due to the ion irradiation, is larger than that obtained by standard thermal annealing procedure. A faster and larger increase of the HEB is observed for the samples without Cu spacer. The role of ion-induced damage and electronic excitation is investigated by using H+ and Ne+ ions at selected energies. The dependence of the EB modifications with the ion damage is well established. The observed findings are then explained through a phenomenological model which takes into account the modification of AF granular structure induced by the ion irradiation.

Este trabalho tem como objetivo geral explorar os fenômenos decorrentes da interação de íons moleculares com a matéria, dando ênfase ao estudo dos efeitos de proximidade/ vizinhança e explosão colombiana para investigar as excitações eletrônicas coerentes (plasmons), bem como desenvolver uma técnica alternativa de perfilometria elementar. Esses fenômenos ocorrem em tempos muito curtos de interação entre os íons moleculares e o meio eletrônico do alvo e, portanto, a avaliação dos mesmos necessita de técnicas experimentais adequadas `a essa escala temporal. Assim, os experimentos são conduzidos com a utilização de técnicas experimentais com alta resolução em energia [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E ≈ 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] e filmes finos (10-50 Å para análises via MEIS, e centenas de °A para análise via NRP) metálicos e dielétricos. A partir da comparação dos espectros de perda de energia eletrônica, obtidos via MEIS, de íons monoatômicos (H+) e moleculares (H+2 e H+3 ) pode-se extrair a contribuição do efeito de proximidade na perda de energia de íons moleculares, e conseqüentemente, a contribuição das excitações de longo alcance (excitações coerentes), como a excitação de plasmons. A partir da análise das curvas de excitação obtidas via NRP, obtém-se a dependência do efeito de vizinhança com a espessura dos filmes analisados, bem como o efeito da explosão coulombiana para tempos longos de interação entre os fragmentos moleculares e o meio eletrônico. Os resultados obtidos para a perda de energia de íons moleculares mostram que a contribuição da excitação de plasmons neste processo pode ser observada em filmes ultrafinos de materiais com estrutura eletrônica simples. Utilizando o mecanismo de explosão coulombiana das moléculas de H+2 , é proposta uma técnica inédita de perfilometria de filmes ultrafinos que n˜ao requer o conhecimento prévio da densidade destes filmes. Os resultados para a perfilometria via explosão coulombiana mostram a potencialidade da técnica MEIS na determinação de espessuras absolutas de filmes ultrafinos (espessura < 100 Å). The aim of this work is to explore the phenomena resulting from the interaction of molecular ions with matter, emphasizing the study of the proximity/vicinage effects and the Coulomb explosion in order to investigate the coherent electronic excitations (plasmons) and to develop an alternative technique of elemental profiling. These phenomena occur at very short interaction times among the molecular ions and the electrons of the target, and thus their evaluation requires experimental techniques appropriate to this timescale. Thus, the experiments are conducted through high energy-resolution experimental techniques [MEIS (Medium Energy Ion Scattering), ΔE/E = 3x10−3; NRP (Nuclear Reaction Profile)] and thin (10-50 Å for analysis via MEIS, and a few hundred Å for analysis via NRP) metalic and dielectric films. By comparing the spectra of electronic energy loss, obtained by MEIS, from monatomic (H+) and molecular ions (H+2 and H+3 ) one can extract the contribution of the proximity or vicinage effect in the energy loss of molecular ions, and therefore, the contribution of longrange excitations such as plasmon excitations. From the analysis of the excitation curves obtained in the NRP experiments, it is possible to obtain the dependence of the vicinage effect on the thickness, as well as the Coulomb explosion effect for long interaction times among the molecular fragments and the electronic media. The results of the molecular energy loss show that the contribution of the plasmon excitations to this process can be observed in thin films of materials with simple electronic structure. By the Coulomb explosion of H+2 molecules, we propose a new profiling technique of ultrathin films that does not require the knowledge of the film density. The results of the Coulomb explosion profiling show the potentiality of the MEIS technique in determining absolute thickness of ultrathin films (thickness < 100 Å).

Espalhamento de íons de energia intermediária (MEIS) é uma técnica analítica de feixe de íons que pode determinar quantitativamente composições elbmentares e perfis I de profundidade com resolução subnanométrica. Dessa maneira, MEIS pode ser uma poderosa ferramenta para caracterização de nanopartículas, em partichlar das suas composições internas, o que é dificilmente obtido por qualquer outra técn~ca analítica. Para esse propósito, foi desenvolvido uma simulação Monte Cado de espec~ros de MEIS que considera qualquer geometria e distribuição de tamanhos das nanoestfuturas. Esse método também considera a assimetria da distribuição da perda de ene~gia devido a uma única colisão violenta, como a que ocorre no evento de retroespalhaménto. Usando esse método, estudamos a influência da geometria das nanopartículas, den~idade superficial, distribuição de tamanhos e forma de linha da perda de energia nos espectros 2D (energia) I e 3D (energia e ângulo) de MEIS. Os principais resultados desse estudo podem ser resumidos como segre: i) observamos que a influência da distribuição da perda de energia no espectro de MEIS é significativa apenas para nanoestruturas pequenas (diâmetro < 10 nm) mas a especificação da geometria correta das estruturas é significativa para todos os tamanhos; ii) negligenciar a assimetria da perda de energia devido à colisão de retroespalhamento pode resultar na interpretação de uma falsa distribuição de tamanhos para nanopartículas pequenas; iii) simulações para um exemplo hipotético de pequenas nanopartículas esféricas de ZnSe mostram que a técnica MEIS é capaz de realizar perfil de profundidade dentro das nano- I estruturas. Finalmente, medimos uma amostra de nanopartículas de ouro, adsqrvidas sobre um filme multicamadas de polieletrólitos fracos, a fim de obter a geometri e a distribuição de nanopartículas de ouro por MEIS. Os resultados concordam muito bem com a imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Além disso, niostramos que os espectros de MEIS não podem ser ajustados supondo um filme de ouro padrão. Medium energy ion scattering (MEIS) is an ion-beam analytical te~hnique which can quantitatively determine elemental compositions and depth profiles w~th subnanometric depth resolution. In this way, MEIS can be a powerful tool for characterization of nanoparticles, in particular of their inner composition, which is hardly achieved by any other analytical technique. For this purpose a Monte Carlo simulation of MEIS spectra that considers any geometry and size distribution of the nanostructures walsdeveloped. This method also considers the asymmetry of the energy-loss distribution due\to a single violent collision such as the backscattering evento Using this method we studied the influence of I the geometry of the nanoparticles, superficial density, size distribution a'ildthe energy-loss line-shape on the 2D (energy) and 3D (energy and angle) MEIS spectra. The main results of the present investigation can be summarized :as follows: i) we observed that the influence of energy-loss distribution on the MEIS sp~ectrumis significant only for smalI nanoparticles (diameter < 10 nm) but use of the actual nanoparticle geometry is significant for alI sizes of nanostructures; ii) neglecting the asymmetry of the energy-loss due to the backscattering colIision may be misinterpreted as a false size distribution for smalI nanoparticles; iii) simulations for a hypothetical example of smalI spherical ZnSe nanoparticles show that the MEIS technique is capable to perform depth profile inside the nanostructures. FinalIy we have measured a sample of gold nanoparticles adsorbed op a multilayered film of weak polyeletrolites in arder to obtain the shape and the size distribution of gold nanoparticles by MEIS. The results agree quite welI with the image obtained by transmission electron microscopy (TEM). Furthermore we show that the MEIS spectra cannot be fitted by assuming a standard Au film.