| Título da Tese: | Determinação e análise de propriedades térmicas e ópticas de sólidos não cristalinos em altas e baixas temperaturas |
| Nome do Aluno: | Nelson Guilherme Castelli Astrath |
| Banca Examinadora: | Mauro Luciano Baesso (orientador) Antonio Ferreira da Silva Ervin Kaminski Lenzi - DFI/UEM Fernando Luís de Araujo Machado - UFPE Luiz Roberto Evangelista - DFI/UEM Renato de Figueiredo Jardim - IFUSP |
| Data da Defesa: | 28/09/2006 |
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| Resumo: | Neste trabalho foram estudadas propriedades termo-ópticas de diversos sistemas vítreos em função da temperatura, na região em que o pico de bóson ocorre, e ainda próximo das transições vítreas. O calor específico dos sólidos não-cristalinos na região de temperaturas muito baixas (T < 2 K) foi discutido a partir de uma aproximação teórica simples, admitindo a possibilidade de que seu comportamento possa ser explicado em analogia com a descrição física do hélio superfluido. É proposto que o espectro de excitações do sistema em baixas temperaturas seja formado por dois gases ideais de quasipartículas bosônicas. Um é o gás de fônons, que sempre está presente no espectro e leva a contribuição de Debye; o outro, que é muito importante em temperaturas abaixo de 1 K, é um gás de outras quasi-partículas bosônicas, cuja relação de dispersão é similar à proposta para o hélio líquido. Também medimos o calor específico de vários vidros em temperaturas intermediárias de 2 K até 160 K. Foi observado que a adição de íons terras raras na estrutura vítrea modifica o calor específico nessa região de temperatura, podendo ser explicado em termos do caráter modificador de rede dos íons de Nd3+. Foi proposta uma explicação simples e geral para a presença do máximo no calor específico (pico de bóson), a partir de um modelo semi-clássico usando a aproximação de Debye para tratar o movimento vibracional não-harmônico dos átomos interligados da rede vítrea. Na segunda parte do trabalho ampliamos a capacidade da Espectroscopia de Lente Térmica para quantificar a difusividade térmica, a condutividade térmica e o coeficiente térmico da diferença de caminho óptico ( ds / dT ) de vários sistemas vítreos no intervalo de temperatura entre 4 K e 300 K. Os vidros estudados foram: aluminosilicato de cálcio, fluoreto, fosfato e soda-lime. A técnica foi aplicada ainda para medir os valores absolutos das propriedades termo-ópticas de vários vidros da classe dos boratos em altas temperaturas, na região entre 20ºC e 500ºC. O parâmetro ds / dT também foi medido por meio da técnica de interferometria óptica, o que permitiu a confirmação da região de temperatura em que a transição vítrea ocorreu. Nesta parte do trabalho o calor específico foi medido por um calorímetro de relaxação térmica, no intervalo de temperatura entre 20ºC e 300ºC. Desta forma, foi possível determinar nesta região de temperatura os valores da condutividade térmica, da eficiência quântica de fluorescência, do coeficiente de expansão térmica linear e do coeficiente térmico da polarizabilidade eletrônica. Os resultados mostraram a habilidade da técnica de lente térmica resolvida no tempo para determinar propriedades termo-ópticas na região de baixas e de altas temperaturas, trazendo informações relevantes para o melhoramento de sistemas vítreos com potencial para aplicações em sistemas ópticos. Em conclusão, os modelos teóricos apresentados neste trabalho para explicar os dados do calor específico apontam para uma nova maneira de interpretar as excitações de baixas temperaturas, podendo ainda, a partir de um tratamento mais elaborado, ser unificados. Dessa forma, os parâmetros determinados pelos modelos poderão ser correlacionados com as propriedades termo-ópticas desses materiais, sugerindo que a técnica de lente térmica pode contribuir, juntamente com os modelos teóricos, para uma interpretação mais realística das propriedades físicas dosmateriais não-cristalinos em baixas temperaturas. |