No presente trabalho, realizamos cálculos de estrutura eletrônica, baseado no formalismo da Teoria do Funcional Densidade, para investigar as propriedades eletrônicas de nanofitas obtidas a partir da estrutura 2D do alótropo de carbono composto por anéis de 5 e 8 átomos, conhecido como OPG-Z. Foram investigadas as nanofitas para 5 tipos de bordas e considerando 5 unidades de larguras diferentes, totalizando 25 sistemas. Resultados obtidos pelo cálculo de energia de coesão indicaram que todos os sistemas são energeticamente estáveis com energia negativa na faixa de -6,62 eV/Atom a -8,5 eV/Atom. Os resultados de estrutura de bandas e densidade de estados mostraram que as nanofitas armchair-P1 são metálicas para as larguras 1 e 2 e semicondutoras para as larguras 3 a 5. Já as nanofitas tipo armchair-P2 para a largura 1 possui comportamento metálico, e nas demais larguras o comportamento é de semicondutor. As nanofitas tipo armchair-PO apresentaram características de isolante topológico para todas as 5 larguras. Para armchair-O somente a menor largura é um semicondutor e os demais sistemas são metálicos. Por fim, a nanofita zigzag-PO de largura 1, 3 e 4 são semicondutores, enquanto as unidades de largura 2 e 5 são metálicos. Combinando a Teoria do Funcional Densidade com o método de Funções de Green Fora do Equilíbrio para realizar cálculos de transporte eletrônico, buscamos propor aplicações das nanofitas em eletrônica molecular. O transporte eletrônico foi realizado, para a faixa de tensão de -1,0 V a 1,0 V, nos dispositivos moleculares das nanofitas considerando até a terceira unidade de largura que apresentam gap nulo ou gap muito pequeno ao nível de Fermi na análise de densidade de estados. Os resultados de transporte, interpretados pela análise dos gráficos I-V, (dI/dV)-V e T(E,V), indicaram para os dispositivos da nanofita armchair-P1 de largura 1 e 3 a curva característica semelhante a um diodo emissor de luz para valores de tensão entre -0,3 V e +0,3 V e resistência quase ôhmica para a faixa de ±0,3 V-±1,0 V. Nos nanodispositivos 52acOPGZ-P1 e 91acOPGZ-P2, a característica exponencial I-V é observada entre ±0,4 V-±1,0 V, acrescido de comportamento semelhante ao transistor de efeito de campo na faixa entre -0,4 V e +0,4 V, com pontos de resistência diferencial negativa nessa faixa de tensão. Para os dispositivos armchair-PO e armchair-O, o comportamento característico da curva I-V semelhante ao transistor de efeito de campo é observado para 51acOPGZ-PO e 52acOPGZ-O, e o comportamento linear quase ôhmico se torna evidente com o aumento da largura dos dispositivos e, com isso, o dispositivo de largura 3 para ambos os tipos de bordas apresentam tendência característica de um resistor ôhmico. Para os dispositivos moleculares zigzag-PO de largura 1 e 3 temos a semelhança I-V a um diodo emissor de luz e, para o dispositivo zigzag-PO de largura 2, temos um comportamento com tendência característica de um transistor de efeito de campo. Com esses resultados, verificamos possibilidades no desenvolvimento de dispositivos moleculares a partir de nanofitas do alótropo OPG-Z como alternativa para aplicação em nanoeletrônica.

Alótropos do carbono são frequentemente aplicados em diversas areas de ciência e tecnologia devido a versatilidade de suas propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas, que se alteram com a sua hibridização e simetria. POPGrafeno é um alótropo bidimensional do carbono projetado com uma simetria 5-8-5 de anéis carbônicos, o qual é predito possuir estabilidade energética, dinâmica e termodinâmica, e apresenta grandes características como alta estabilidade térmica e comportamento supercondutor.

Como as nanofitas de carbono apresentam propriedades diferentes de suas contrapartes 2D, no presente trabalho nós propusemos e investigamos cinco novas nanofitas de carbono baseadas nas direções de corte armchair (duas nanofitas) e zigzag (3 nanofitas) da estrutura de POPGrafeno, que resultavam em nanofitas com bordas de formatos diferentes. Na primeira parte deste trabalho, analisamos o efeito da passivação das bordas com hidrogênio para um tipo de nanofita em zigzag, utilizando a sua largura mínima. Na segunda parte, investigamos os efeitos da forma das bordas superior e inferior para nanofitas em zigzag e armchair. Na parte três, nós analisamos o efeito da largura nas nanofitas investigadas e propostas na parte dois.

Para conduzir esta pesquisa, implementamos a Teoria do Funcional da Densidade para obter as propriedades energéticas, estruturais e eletrônicas de todas as nanofitas. A Teoria do Funcional da Densidade combinada com o Método da Função de Green Fora do Equilíbrio foi implementada para calcular as propriedades de transporte dos dispositivos moleculares projetados com base nas nanofitas, sob a aplicação de tensão elétrica de polarização.

Os resultados mostram que todas as nanofitas são estáveis e viáveis de serem obtidas experimentalmente, e que pentarings na terminação das bordas é um parâmetro que melhora a estabilidade das nanofitas. As propriedades eletrônicas mostram que a maioria das nanofita tem comportamento metálico, exceto por dois casos armchair, que apresentam um gap bem pequeno. Além disso, no caso do efeito de passivação das bordas com hidrogênio, temos que o hidrogênio quebra o comportamento supercondutor da nanofita, extinguindo o alto pico de densidade de estados que se apresentava ao nível de Fermi.

As propriedades de transporte mostram que o comportamento do nanodispositivo é fortemente dependente da quiralidade (zigzag ou armchair) e terminação das bordas (com pentarings, octarings ou ambos) das nanofitas, tendo comportamentos de Transistor de Efeito de Campo, Diodo Zenner, Dispositivos de Resistência Diferencial Negativa (NDR), Diodo Emissor de Luz e Diodo de Tunelamento Resonante, dependendo dessas propriedades estruturais e da faixa de aplicação da tensão elétrica de polarização.

Observamos que a passivação das bordas com hidrogênio melhora as propriedades de transporte, levando ao surgimento de uma região de NDR. Além disso, vemos que essas regiões de NDR surgem neste dispositivo e em outros casos, devido à presença de regiões de sub-bandgap na estrutura de bandas da célula unitária que foi usada como um bloco de construção para projetar esses dispositivos moleculares.

Discutimos brevemente a motivação e os resultados importantes das teorias modificadas de gravidade e os diferentes formalismos sob o princípio variacional. São descritas as gravidades baseadas em Ricci (GBR), mostrando sua invariância projetiva, juntamente com a ação dessas teorias e as equações de movimento sob o formalismo de Palatini. É mostrado o mapeamento entre soluções da Relatividade Geral (RG) e gravidades baseadas em Ricci, e é feito o mapeamento de uma teoria de campo escalar acoplada a uma teoria baseada em Ricci. São apresentadas duas importantes GBRs e suas equações de campo, a gravidade EiBI (Gravitação de Born-Infeld inspirada em Eddington) e a gravidade quadrática de Palatini. No contexto do mapeamento de soluções, a solução de Wyman para GR acoplada a um campo escalar livre é mostrada em detalhes. Essa solução serve como geradora de soluções tanto para EiBI quanto para as gravidades quadráticas de Palatini. O comportamento assintótico das soluções geradas para EiBI e gravidade quadrática têm o mesmo comportamento aproximado.
A análise de curvatura para essa aproximação é feita para o conjunto completo de invariantes de curvatura de Zakhary-Mcintosh, e todos os invariantes são mostrados como regulares no intervalo de validade da aproximação no regime assintótico. A análise geodésica da aproximação assintótica mostra a existência de geodésicas incompletas no espaço-tempo, estabelecendo o caráter singular deste. As forças de maré são analisadas e a intensidade da singularidade é determinada.

Compreender as propriedades termodinâmicas dos materiais é uma questão fundamental na física, e seu conhecimento é crucial para direcionar um material específico para possíveis aplicações. Neste trabalho, apresentamos o estudo de espectroscopia Raman dependente de temperatura e pressão da liga GaSe_0,5Te_0,5 na forma bulk, e de seus parâmetros termodinâmicos relevantes. Cálculos teóricos foram realizados em colaboração para apoiar os resultados experimentais. Nossos resultados mostram um redshift não linear para os modos vibracionais 𝐴_1𝑔 e 𝐸_2𝑔 à medida que a temperatura aumenta na faixa de temperatura de 10 a 748 K. Tal comportamento é bem descrito considerando a expansão térmica e as contribuições de acoplamento fônon-fônon. Combinando cálculos de DFT e experimentos de espectroscopia Raman, foram estimadas as constantes anarmônicas relativas aos processos de decaimento de três e quatro fônons, parâmetros do modo Grüneisen, temperatura de Debye, coeficiente de expansão térmica e módulo de volume. Além disso, as medidas em altas pressões e os cálculos de DFT, realizados na faixa de pressão de 0 a 26,4 GPa, mostram uma tendência quadrática para os modos 𝜔_𝐴1𝑔 e 𝜔_𝐸2𝑔 em função da pressão, com os modos 𝐴_1𝑔 sendo mais compressíveis do que 𝐸_2𝑔, ou seja, 𝜕𝜔_𝐴1𝑔/𝜕𝑃>𝜕𝜔_𝐸2𝑔/𝜕𝑃. Nenhuma transição de fase estrutural é observada até a pressão máxima alcançada no experimento. Este estudo deu um passo adiante no entendimento das propriedades mecânicas e térmicas relacionadas à liga GaSe_0,5Te_0,5, cujos parâmetros determinados são importantes para o projeto de novas aplicações.

O grafeno, por ter propriedades ópticas, elétricas, térmicas e plasmônicas excepcionais é, atualmente, um dos nanomateriais mais estudados mundialmente e que apresenta aplicações promissoras em nanotecnologia. Nesse sentido, o elemento carbono é de inestimável importância para o desenvolvimento da ciência moderna e das diversas aplicações que podem ser utilizadas em diversas áreas tecnológicas. Sua excelente interação com uma ampla faixa de frequências do espectro eletromagnético, principalmente a faixa Teraherz, permite que o material seja utilizado no desenvolvimento de diversos nanodispositivos plasmônicos. Nesse sentido, este trabalho analisa a possibilidade de desenvolvimento de um nanodispositivo plasmônico baseado em grafeno, cujo princípio de funcionamento seja a propagação de ondas plasmônicas sobre o mesmo, gerando ressonâncias de dipolo na estrutura, além do efeito de transparência induzida eletromagneticamente. Este é constituido de uma camada de silício, uma de sílica, um guia de onda de grafeno e outra camada de sílica, onde serão depositadas duas nanofitas de grafeno que funcionarão como ressonadores. Os dois ressonadores de grafeno podem ser tratados como modo claro e modo escuro. O modelo de Drude foi utilizado para a modelagem do grafeno a partir de sua condutividade. Por meio de simulações computacionais utilizando o software Comsol Multiphysics, investigou-se a resposta em frequência do dispositivo, bem como, a influência da variação de diversos parâmetros físicos e estruturais a respeito das características de propagação do mesmo, dentre os quais o gap d, a altura h_f dos ressonadores e o potencial quimico µ_c. O efeito de transparência induzida eletromagneticamente foi observado quando as simulações foram feitas para o dispositivo com o guia de ondas e os dois ressonadores depositados na sílica acima do guia, caso em que o modo dipolo é dividido em duas bandas de frequência a 8,96 THz e 9,85 THz, isolando a porta de saída com níveis de isolamento de 92%, além de uma região entre as frequências de isolação em 9,38 THz, onde tem-se a transmissão de ondas plasmônicas da porta de entrada para a porta de saída dos dispositivos, com níveis de transmissão de 54% da onda incidente para um potencial quimico µ_c = 0.15eV. O controle dinâmico das frequências de ressonância do dispositivo é evidenciado por meio da variação do potencial químico do grafeno através da aplicação de tensão externa na estrutura, alterando, assim, a faixa de operação do dispositivo. Com base nisso, a partir dos resultados obtidos é possivel utilizar a estrutura analisada no desenvolvimento de dispositivos plasmônicos tais como sensores, filtros interrupatores, entre outros.

Matéria ativa, partı́culas que consomem energia internamente para gerar movimento, tem a tendência de agregar em torno de superfı́cies sólidas. Como consequência, há possibilidade da formar vórtices em torno de superfı́cies (obstáculos) circulares. Foi mostrado que, para modelos com interações hidrodinâmicas há a sincronização, ou seja, a ocorrência de vórtices girando em sentidos contrários em obstáculos vizinhos, estes por sua vez dispostos numa rede quadrada. Aqui, mostramos o mesmo fenômeno para um modelo sem interação hidrodinâmica de matéria ativa na presença de dois ou quatros obstáculos circulares. Computamos, principalmente, a correlação da velocidade angular coletiva, que é o parâmetro da caracterização da sincronia, em função da densidade das partı́culas e da distância entre os obstáculos. Encontramos, sob certas combinações de densidade e distância entre os obstáculos, há sincronização dos vórtices.

Neste trabalho, produzimos três compósitos compostos de polivinil carbazol (PVK) e ferrita Fe₃O₄ (magnetita), FeLiO₂ e (La_0,6Sr_0,4)(Co_0,2Fe_0,8)O₃ (LSCF). Analisamos as propriedades ópticas de absorção e emissão e gap de energia do PVK puro e dos compósitos usando a técnica de espectroscopia óptica, a morfologia interna foi analisada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura e as propriedades vibracionais foram analisadas pelas técnicas Raman e Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). As bandas de absorção de PVK sofreram um aumento em suas intensidades devido à inserção das ferritas em sua matriz polimérica. As bandas de emissão do polímero puro diminuíram em intensidade devido às ferritas que absorvem a radiação emitida, esse efeito é maior no compósito que contém LSCF e menor no que contém Fe₃O₄. Mostramos que as lacunas de energia dos compósitos são menores que o PVK puro. Para o compósito contendo magnetita essa redução é de 11, 8%, para a amostra que contém a ferrita FeLiO₂, esta redução é de 3, 2% e para o compósito PVK com LSCF o valor da redução do gap é 3, 8%. Os tempos de vida do estado singleto do PVK são modificados quando adicionamos as ferritas na sua matriz polimérica. As bandas vibracionais dos espectros Raman do PVK sofreram redução nas intensidades comparadas com as dos compósitos, além de alargamentos nas larguras de linhas de alguns modos e estreitamentos em outros, observados por meio das frequências de vibração dos modos. Nos espectros infravermelhos vemos, de modo geral, uma redução quando comparamos os modos do PVK com os dos compósitos, além da variação nas larguras de linha e deslocamentos dos modos vibracionais.

Neste trabalho, investigamos a existência de soluções regulares na relatividade geral e teorias alternativas de gravitação. No contexto da relatividade geral, fazemos uma breve revisão sobre a solução de Bardeen. Analisamos alguns aspectos sobre as interpretações desta solução para quando temos fonte com carga magnética ou elétrica. Inserindo a constante cosmológica, estudamos a termodinâmica para um buraco negro regular. Impondo as condições de energia, construímos novas soluções regulares que violam apenas a condição de energia forte. Além das soluções regulares padrões, também estudamos a existência dos black bounces na relatividade geral. Estudamos também a possibilidade de generalizar soluções de buracos negros regulares com carga elétrica, construídos na relatividade geral, para a teoria f(R) e teoria f(G), onde R é o escalar de curvatura G é o termo de Gauss-Bonnet. Construímos o formalismo em termos de uma função massa e isso resulta em diferentes teorias gravitacionais e eletromagnéticas para cada função massa, isso no caso das teorias f(R) e f(G). Impondo o limite de alguma constante, obtemos novamente os resultados da relatividade geral.

Nesta pesquisa, utilizou-se o método ab initio Real Space - Linear Muffin Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA), baseado na Teoria do Funcional da Densidade (Density Functional Theory - DFT) e implementado para o cálculo de estruturas magnéticas colineares e não-colineares, a fim analisar as propriedades magnéticas de dímeros e trímeros lineares constituídos por metais 3d (V, Cr, Mn, Fe, Co e Ni) adsorvidos em superfícies metálicas do tipo 5d (W(001) e Ta(001)), além de nanoestruturas compostas por metais 3d e 5d sobre estes mesmos substratos 5d(001). Este trabalho visou entender as características fundamentais da interação de Dzyaloshinskii-Moriya (iDM) para estes sistemas em configurações magnéticas colineares e não-colineares. Obtivemos as configurações dos momentos magnéticos de todos os sistemas no estado fundamental, verificando que nos casos em que a configuração foi aproximadamente colinear, as contribuições da iDM são originadas do acoplamento spin-órbita (Spin-Orbit Coupling - SOC). Demostrou-se que, para o caso não-colinear em alguns destes sistemas, a interação tipo-Dzyaloshinskii-Moriya, advinda da não colinearidade, apresenta uma contribuição significativa. Além disso, mostrou-se que para alguns trímeros compostos por Fe-W-Fe/W(001) e Mn-W-Mn/W(001) há a existência de competição entre as interações de troca de Heisenberg e iDM gerando uma configuração magnética não-colinear complexa, mostrando que a interdifusão de um metal 5d entre dois metais 3d nesses sistemas diminui a interação de troca e eleva a iDM, onde a origem física da interação DM entre pares de metais do tipo 3d-5d relaciona-se com a corrente de carga do sistema, enquanto entre pares de metais do tipo 3d-3d a iDM advém da corrente de spin. Outros sistemas como trímeros V₃/Ta(001) e Fe₃/W(001) também apresentaram uma configuração magnética não-colinear devido aos elevados valores da iDM, nos quais a origem física dessa interação (iDM entre metais 3d) é devida a corrente de spin somada a contribuição do SOC.

Nesta tese, inicialmente, apresenta-se um método de potencial de referência conhecido como paradinâmica, o método é implementado computacionalmente e testado na reação da enzima haloalcano desalogenase com 1,2-dicloroetano (DCE). A segunda parte do trabalho envolve a aplicação de um método de potencial de referência no estudo de metilação de RNA do SARS-CoV-2. A inibição de enzimas essenciais do SARS-CoV-2 pode conter a sua replicação e por isso assumiria importância central nos projetos de desenvolvimento de drogas. Proteínas não estruturais (nsps) são essenciais para a metilação de extremidades de RNA e a replicação do coronavírus pois a metilação protege o vírus da restrição imune inata do hospedeiro. Em particular, a proteína não estrutural 16 (nsp16) em complexo com nsp10 é uma enzima que promove a formação do Cap-0 do RNA. O heterodímero formado por nsp16-nsp10 metila a extremidade 5' de mRNAs codificados por vírus para imitar mRNAs celulares e, portanto, é uma das enzimas que é um alvo potencial para terapias antivirais. Neste estudo, avaliou-se o mecanismo de metilação 2'-O da extremidade do mRNA viral usando a abordagem híbrida de mecânica quântica/mecânica molecular (QM/MM). Verificou-se que as barreiras de energia livre calculadas obtidas em M062X/6-31+G(d,p) estão de acordo com as observações experimentais. No geral, fornecemos uma análise molecular detalhada do mecanismo catalítico envolvendo a metilação 2'-O do cap do mRNA viral e, como esperado, os resultados demonstram que a estabilização do estado de transição é crítica para a catálise.

Neste trabalho, analisamos uma solução que imita a solução Bardeen com uma constante cosmológica rodeado por quintessência. Obtivemos esta por meio da integração das equações de Einstein  associadas a electrodinâmica não-linear. Mostramos quais são as condições para que ela seja regular em todo o espaço tempo.

Também descrevemos a termodinâmica associada a esta solução. Primeiro estabelecendo a forma da fórmula de Smarr e a primeira lei da termodinâmica. Em seguida, obtivemos quantidades relevantes como a entropia, os potenciais e os coeficientes termodinâmicos, e o fator de compressibilidade. Verificamos que o Buraco Negro pode sofrer transições de fase, nomeamos estas como: pequeno, pequeno-grande, e grande. Definimos a energia livre de Helmholtz, e assim construímos um gráfico mostrando o intervalo de existência de cada fase. Por fim, calculamos os expoentes críticos da solução, para um determinado conjunto de valores dos parâmetros, e concluímos que eles são os mesmos do fluido de Van der Waals.

Nesta tese, investigamos generalizações da Pseudo-eletrodinâmica quântica (do acrônimo em inglês, PQED) -- uma projeção dimensional não-local com pseudo operadores desenvolvida para lidar com sistemas de dimensionalidade mista que prosperou depois que se descobriu que ela descrevia materiais bidimensionais com boa precisão. A descrição dos pseudo-fótons projetados foi estendida ao caso de fótons massivos de duas diferentes naturezas, uma advinda do modelo (invariante de calibre) de Chern-Simons e a outra da eletrodinâmica de Proca.  Para a formulação de Pseudo-Chern-Simons, nós utilizamos as equações de Schwinger-Dyson para caracterizar a geração dinâmica de massa para os férmions e os limites críticos em que ela produz uma quebra de simetria quiral. Já para o modelo de Pseudo-de Broglie-Proca, calculamos as correções radiativas que nos dão a renormalização da velocidade de Fermi, o potencial de interação e o fator giromagnético. Sistemas de dimensionalidade mista, entretanto, incluem essencialmente qualquer material em que um tipos de partícula esteja restrito a se mover em um subespaço menor do que o do restante das partículas e isto nos motiva a também estender a PQED no que tange a projetar os campos de interação em objetos de geometria fractal; Para fazê-lo, entretanto, nós primeiramente discutimos as principais ideias que originaram o cálculo fracionário, dando alguns exemplos e então propomos uma discussão sobre a possibilidade de se desenvolver uma PQED fractal nas perspectivas.

Polarimetria é a técnica usada para determinar o estado de polarização de um feixe de luz; ou seja, o padrão de trajetória do seu campo elétrico ao longo do tempo em um plano ortogonal à propagação. Entre muitas versões, o polarímetro de placa de onda rotativa já foi implementado em várias aplicações de comprimento de onda único para determinar os parâmetros de luz de Stokes por meio do formalismo de Stokes-Mueller. A extensão dessa técnica para medidas espectroscópicas é de grande interesse para a pesquisa em materiais, e diversas tentantivas já foram feitas. No entanto, embora as medições espectrais sejam possíveis, a necessidade de elementos de polarização acromática requer uma atenção especial à sua modelagem, especialmente a placa de quarto de onda. Esta dissertação estabelece a correção necessária para a abordagem da análise de Fourier na determinação dos parâmetros de Stokes, os quais descrevem completamente qualquer feixe de luz parcialmente polarizado. Neste trabalho, visitamos o estado da arte em polarimetria e implementamos o polarímetro de placa de onda rotativa para medições espectrais com elementos de polarização acromáticos na faixa visível (400-800 nm). Inicialmente com o modelo ideal mais simplista disponível para descrever tais itens, encontramos fortes sinais de artefatos nas medições espectrais. Após a análise os dados de calibração e revisão da literatura, desenvolvemos um modelo mais adequato para a placa de onda, de modo que os parâmetros reais de Stokes possam ser determinados separadamente das propriedades dispersivas intrínsecas da placa de onda; o ângulo de rotação equivalente, a desvio do eixo rápido, e a retardância. Apresentamos aqui o procedimento matemático e experimental para que estes sejam devidamente caracterizados e tomados como termos de correção nas medidas polarimétricas. Mostramos também o aprimoramento da precisão em estados simulados, bem como em exemplos de aplicação de amostras em solução, o que corrobora como a remodelação é necessária, e a abordagem aqui desenvolvida é essencial para geração e análise de dados espectropolarimétricos confiáveis.

Nesta tese, investigamos o comportamento do "band gap" em materiais bidimensionais, como grafeno e calcogenetos de metais de transição (TMD). Esses materiais podem ser descritos usando o pseudo-eletrodinâmica quântica (PQED), sendo uma teoría efetiva adequada para representar a interação eletromagnética entre partículas restritas no plano.
As excitações de baixa energia dos portadores de carga no grafeno são descritos por férmions Dirac sem massa, enquanto nos TMD's as excitações são, aproximadamente, representadas por férmions massivos de Dirac. Usamos a PQED massiva para analisar as funções do grupo de renormalização no limite N grande e mostramos que o "band gap" renormalizada é determinada, a partir de nosso resultado teórico, pela função $m (n)/m_0 = (n/n_0)^{C_\lambda/2}$, sendo $m_0 = m(n_0)$ e $C_\lambda$ uma função da constante de acoplamento $\lambda=\pi \alpha/4$, onde $\alpha$ é a constante de estrutura fina. Em seguida, comparamos nossos resultados teóricos com os resultados experimentais para disseleneto de tungstênio (WSe$_2$) e dissulfeto de molibdênio (MoS$_2$), e concluímos que nossa abordagem concorda com as medidas experimentais para valores razoáveis de $\lambda$. Nós mostramos que nesses materiais a renormalização da velocidade de Fermi é semelhante à encontrada para o grafeno. Nós também investigamos o papel das interações de quatro férmions que podem representar a presença de impurezas ou desordens na rede em favo de mel de materiais bidimensionais. Primeiramente consideramos férmions sem massa na PQED e introduzimos a interação Gross-Neveu (GN), e analisamos a fase quebrada da simetría quiral. Assim, geramos um termo de massa para o campo de Dirac por meio da equação de gap. Neste caso, mostramos que existe uma constante de acoplamento crítica, $\lambda \approx 0,66$ em que a função beta da massa desaparece, fornecendo um ponto fixo estável no limite ultravioleta. Para $\lambda > \lambda_c$, a massa renormalizada diminui, enquanto para $\lambda < \lambda_c$ ela aumenta com a concentração dos portadores de carga. Em seguida, um conjunto completo de interações de quatro férmions é apresentado. Sob uma escolha inicial adequada destas interações de quatro férmions no Lagrangiano que define o sistema, encontramos dois possíveis valores para $\lambda_c$, ou seja, o valor mínimo $\lambda_c^{min} = 0,26$ e o valor máximo $\lambda^{max}_c = 0,66$ em que a massa renormalizada exibe uma transição em seu comportamento, proporcionando um possível ajuste e mecanismo de controle para a renormalização do gap, dependendo do material e de suas imperfeições. Analisamos a criticidade da PQED acoplado à interação de GN, tanto em temperatura zero quanto à temperatura finita, a partir da geração dinâmica de massa. No regime estático, mostramos que o aumento da temperatura faz com que o sistema recupere a fase simétrica. No regime dinâmico, encontramos uma solução analítica para a função de massa $\Sigma(p,T)$ em duas aproximações diferentes para a constante de acoplamento GN. Bem como uma solução de momento externo zero, em que a fase simétrica é recuperada para uma determinada temperatura crítica. Comparamos nossos resultados analíticos com testes numéricos e uma boa concordância é encontrada. Finalmente, para compreender sistemas híbridos como disseleneto de rênio (ReSe$_2$) empilhados no grafeno, consideramos a PQED com férmions de Dirac massivos acoplados a um conjunto de interações de quatro férmions tratadas como uma teoría efetiva em baixa energia. Neste caso, realizamos uma análise das funções do grupo de renormalização numa abordagem perturbativa. Mostramos que a massa renormalizada é descrita por $ m(\Lambda)/m_0 = \exp[\theta (\Lambda/\Lambda_0 -1) ] (\Lambda/ \Lambda_0)^{-\lambda/2}$, onde $\lambda$ é a constante de acoplamento efetiva da PQED, $\theta$ é um parámetro dependente das constantes de acoplamento das interações de quatro férmions e $\Lambda$ a escala de energia (cutoff). Então, descobrimos que para $\alpha \approx 0,15$ e $\theta \approx 1,22$ nosso resultado teórico está em excelente concordancia com as medidas experimentais no ReSe$_2$/grafeno.

Este trabalho apresenta um estudo analítico do transporte eletrônico em oligômeros trans-poliacetileno (Trans-PA) dimerizados contendo cadeias pares e ímpares, acoplados simetricamente a eletrodos metálicos (esquerdo e direito), na geometria em forma de T-shaped usando o modelo Su-Schrieffer-Heeger (SSH) via equação de movimento de Heisenberg combinada com o formalismo de Keldysh. Introduzimos desordem no sistema através da força de dimerização  demonstrando que a dimerização na cadeia pode efetivamente levar a uma redução ou aumento no pico de condutância. A cadeia ímpar exibe um comportamento topológico trivial, sendo que são consideravelmente suprimidos os picos de condutância conforme o distúrbio de dimerização é variado. Por outro lado, temos um comportamento oposto na cadeia par; por exemplo, a cadeia com dimerização  tem uma transmissão quase perfeita. Além disso, observamos para a cadeia ímpar a formação de um platô na curva característica I-V para altas tensões de polarização e para uma cadeia par mostra uma corrente que possui comportamento linear. Este procedimento apresenta um estudo analítico através da sintonia dos parâmetros no dispositivo. Tais parâmetros com amplitude de tunelamento, está de acordo com a geometria descrito em trabalhos experimentais.

A teoria da relatividade geral é uma das maiores conquistas da física do século XX. Formulada por Einstein, a Relatividade Geral foi estabelecida como uma teoria métrica da gravitação. Um dos principais resultados da teoria de Einstein são as soluções de Buraco Negro. Os buracos negros começaram na Relatividade Geral como uma polêmica previsão teórica para chegar hoje a um notável cenário de evidências experimentais. O estudo de campos definidos no espaço-tempo de um Buraco Negro tem se mostrado uma grande área para testar novas ideias, tanto no nível clássico quanto no quântico. Esta dissertação está dividida em duas partes. Em uma primeira parte, investigamos analiticamente a potência irradiada por uma partícula escalar em órbitas geodésicas circulares em torno de um Buraco Negro de Schwarzschild. Os modos de campo escalar radial são escritos em termos de funções Heun confluentes. Obtemos a potência emitida usando a estrutura da teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos em nível de árvore. Comparamos nossos resultados analíticos com os numéricos, obtendo concordância excelente. Na segunda parte, revisamos teoremas recentes que mostram condições suficientes para a existência de anéis de luz em torno de Buracos Negros estacionários, axialmente simétricos e assintoticamente planos. Embora esses resultados sejam bastante genéricos, existem espaços-tempos que não são contemplados nas hipóteses do teorema. Discutimos como trabalhar o teorema para o espaço-tempo não-assintoticamente plano de Ernst.

Neste trabalho avaliamos a estabilidade da azitromicina dihidratada (AZM-DH) quando submetida a altas pressões e baixas temperaturas utilizando técnicas de espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e utilização da teria do funcional de densidade (DFT, inglês) para a classificação dos modos normais. A AZM-DH é um antibiótico da subclasse dos macrolídeos geralmente utilizada em atividade antibacteriana, e, como muitos fármacos, apresenta polimorfismo o que leva a existência de diversas fases estruturais reportada na literatura. Apesar de ser um medicamento a muito utilizado, a ausência de maiores informações acerca do mesmo quando submetido a diferentes pressões e temperatura nos levou a elaboração deste trabalho. Neste trabalho o cristal de AZM-DH foi estudado em condições ambiente (temperatura e pressão), em altas pressões e baixas temperaturas. A classificação dos modos normais de vibração foi determinada a partir de cálculos quânticos via teoria do funcional de densidade (DFT). De acordo com as medidas de difração de raios X a fase cristalina da AZM-DH encontra-se no sistema ortorrômbico do grupo espacial P212121 e seus parâmetros de rede foram determinados usando o método Rietveld de refinamento de estrutura. Em seguida, a estabilidade do cristal de AZM-DH em baixas temperaturas (300 -7 k) nos permitiu admitir que AZM-DH tem comportamento reversível para baixas temperaturas, com mudanças conformacionais e comportamento linear dos modos. Em geral as bandas se tornam cada vez mais estreitas conforme se diminui a temperatura e há o aparecimento de alguns modos. Os modos em geral apresentam um comportamento linear, há mudança de intensidade das bandas e estreitamento principalmente a partir de 220 K. Para o estudo em altas pressões usando espalhamento Raman foi estudada para valores de pressões variando de 0,0 até 6,1 GPa. A partir da análise do comportamento do perfil de bandas em função da pressão, observamos várias modificações espectrais associadas com sobreposição e desaparecimento de modos. Além disso, avaliamos o comportamento de todos os modos normais (número de onda) como uma função da pressão (P) através de plots do número de onda vs. pressão o qual mostrou que todos os modos vibracionais são lineares e, por isso, puderam ser ajustados com uma reta (ω = ω0 + α.P). Por outro lado, quase todos os modos apresentaram descontinuidades suaves a partir da pressão de 1,1 GPa indicando que as moléculas de AZM sofrem mudanças conformacionais dentro da cela unitária. Também, podemos destacar que há um indício de pré-amorfização para valores de pressão acima de 4,0 GPa. Outro ponto importante, é com relação ao experimento de descompressão do cristal que mostra o processo termodinâmico é completamente reversível.

Nas últimas décadas o grande interesse no estudo de teorias planares, deve-se as suas aplicações em física da matéria condensada e de altas energias. A descoberta de excitações de Dirac massivas e não massivas em materiais bidimensionais estabeleceu um elo entre a física de altas energias e a da matéria condensada. Nesse contexto, destaca-se a Pseudo Eletrodinâmica Quântica (PQED na sigla em inglês) também conhecida como eletrodinâmica quântica reduzida (RQED na sigla em inglês). Essa é uma teoria de calibre U(1) unitária que descreve a interação eletromagnética em sistemas planares, preservando o potencial coulombiano. A PQED vem sendo utilizada na descrição desses materiais e alcançando resultados compatíveis com as medições experimentais. No presente trabalho, estuda-se aspectos perturbativos e não perturbativos da PQED adicionada a termos que, em geral, conferem massa as excitações do campo mediador da interação, os termos de Proca, Chern-Simons e Chern-Simons não local. Calcula-se os potenciais de interação estática, observando efeitos de blindagem e formação de estados ligados elétron-elétron, destacando a sensível relação entre o processo de redução dimensional e a massa do campo mediador; a massa e a velocidade de Fermi renormalizadas foram determinadas para essas teorias, obtendo generalizações destas quantidades em relação aos resultados já conhecidos da PQED.

Recentemente nanodispositivos experimentais possuindo estrutura híbrida de semicondutor com supercondutor para a realização supercondutora topológica têm dominado a cena na física da matéria condensada que busca a detecção de férmions de Majorana. Férmions de Majorana sua própria antipartícula. Em sólidos correspondem a excitações coletivas de elétrons. Neste trabalho calcularemos propriedades de transporte como corrente e condutância pelas quais procuramos a assinatura de modos zero de Majorana, ou seja, férmions de Majorana em estado sólido. Tal assinatura é caracterizada por uma ressonância de condução, isto é, por um pico de condutância, numa região de polarização nula. Para estudar as propriedades de transporte utilizaremos um dispositivo composto por um ponto quântico acoplado a dois eletrodos metálicos e conectado lateralmente por uma cadeia de Kitaev de  sítios. Faremos uso das funções de Green de não equilíbrio (formalismo de Keldysh) para calcular a corrente e condutância ao deduzirmos a fórmula da corrente elétrica de Meir-Wingreen, e por fim, obtemos a fórmula para a corrente similar à fórmula de Landauer-Büttiker, no caso de situações em equilíbrio. De posse desses formalismos e utilizando um formalismo matricial adequado para utilizarmos o cálculo computacional e obtivemos os gráficos das correntes e condutância que definem o sistema em estudo. A curva característica do sistema identifica os modos zero de Majorana e o estudo da ressonância na condutância mostra um comportamento do sistema análogo ao comportamento da corrente num transistor de efeito de campo. A corrente de Majorana assim encontrada sugere uma denominação adequada ao dispositivo em estudo: transistor de efeito de campo de Majorana.

Neste trabalho, propusemos novas soluções de buracos negros regulares que possuem multihori-
zontes, as quais são formadas pelo produto direto de soluções já conhecidas na literatura, que são

descritas através do acoplamento da gravitação com a Eletrodinâmica não-Linear. Analisamos a

regularidade, o campo elétrico e as condições de energia de cada solução. A condição de energia
forte sempre é violada dentro do horizonte de eventos em todas as soluções, as outras condições
de energia dependem fortemente da razão entre as cargas extremas das soluções isoladas. Para as
soluções com até quatro horizontes, apresentamos dois exemplos, Bardeen-Culetu e Balart-Culetu.
Ambas soluções são regulares, mas a primeira nunca pode satisfazer todas as condições de energia,
com exceção da condição de energia forte, pois possui razão entre cargas extrema de 1.57581. Já a
segunda solução pode satisfazer todas as outras condições de energia, com exceção da condição de
energia forte, e possui razão entre cargas extrema de 1.09915, valor que permite essa característica.
Propusemos também uma solução regular com até seis horizontes, Balart-Culetu-Dymnikova, onde,
para um determinado valor de carga, podemos vericar que satisfaz todas as condições de energia,
com exceção da condição de energia forte. Isso foi possível devido a razão entre as cargas extremas
não serem muito elevadas. Propomos soluções com número de horizontes qualquer. Soluções com
multihorizontes podem apresentar propriedades exóticas, como densidade de energia negativa, ou
violação das condições de energia, mas que podem ser contornadas com uma escolha apropriada de
soluções isoladas e valores de cargas extremas, resultando em soluções de buracos negros regulares
que satisfazem as condições de energia com exceção da condição de energia forte.

A recente detecção de ondas gravitacionais e a primeira imagem capturada da sombra de um buraco negro aumentaram o interesse em buracos negros. Ao redor destes buracos negros, podemos estudar o regime de campo forte da gravitação, que constitui uma característica essencial da Teoria da Relatividade Geral (TRG). Além disso, o estudo de soluções das equações de campo da TRG com constante cosmológica não nula é importante, uma vez que há evidências experimentais para a expansão acelerada de nossa vizinhança cosmológica. Nesta dissertação, estudamos o campo escalar em um espaço-tempo esfericamente simétrico com constante cosmológica positiva associado ao buraco negro de Schwarzschild-de Sitter. O campo escalar é quantizado utilizando a prescrição da Teoria Quântica de Campos em Espaços-Tempos Curvos. Calculamos a potência emitida por uma fonte escalar orbitando um buraco negro de Schwarzschild-de Sitter, obtendo a solução do campo escalar numericamente. Comparamos nossos resultados com os obtidos para o caso de uma fonte escalar orbitando um buraco negro de Schwarzschild.

Neste trabalho foram obtidos cristais de Bis(L-histidinato) Ni(II) monohidratado, L-asparagina monohidratado puro e com dopantes (Mn(II), Fe(III), Ni(II) e Cu(II)) pelo método da evaporação lenta do solvente em temperatura controlada. As estruturas cristalinas foram confirmadas pelo método de refinamento Rietveld. O cristal de Bis(L-histidinato) Ni(II) monohidratado apresenta simetria monoclínica e grupo espacial C2, enquanto os cristais de L-asparagina monohidratado puro e com dopantes apresentam simetria ortorrômbica e grupo espacial P2₁2₁2₁. Todos os cristais apresentam quatro moléculas por célula unitária (Z = 4). As propriedades estruturais desses cristais foram investigadas por difração de raios X de pó em altas temperaturas usando radiação síncrotron, na faixa de 300 a 740 K.  As propriedades térmicas foram investigadas por análise térmica (DTA e TG) em altas temperaturas, na faixa de 300 a 773 K. Em 409 K o cristal de Bis(L-histidinato) Ni(II) monohidratado apresenta mudanças em seu padrão de difração que apontam o início de uma transição de fase estrutural. Esta transição de fase é sustentada por descontinuidades nos parâmetros de rede e os parâmetros relativos indicam que a expansão térmica é anisotrópica. A estrutura da nova fase ainda não foi identificada, porém o arranjo deve ser não hidratado. Em 600 K os picos de difração perdem intensidades até extinguirem-se. Em 358 K o cristal de L-asparagina monohidratado apresenta mudanças em seu padrão de difração que apontam o início de uma transição de fase também estrutural. Esta transição de fase é sustentada por descontinuidades nos parâmetros de rede e os parâmetros relativos indicam que a expansão térmica é anisotrópica e negativa ao longo do eixo a. A estrutura da nova fase apresenta simetria monoclínica, grupo espacial P2₁ e duas moléculas por célula unitária (Z = 2). Em 474 K os picos de difração perdem intensidades até extinguirem-se.  As medidas de análise térmica confirmam essas transformações para todos os cristais, sendo todas endotérmicas. A primeira transformação está associada à desidratação e a segunda à degradação. Para os cristais de L-asparagina monohidratado com dopantes (Mn(II), Fe(III), Ni(II) e Cu(II)) essas mesmas transições de fase estruturais são observadas, porém iniciam em temperaturas diferentes. As diferentes temperaturas de transição, bem como as alterações nos padrões de difração dos diferentes cristais dopados foram interpretados como sendo efeitos dos metais na estrutura da L-asparagina monohidratada.

Neste trabalho é feito o estudo das propriedades vibracionais da molécula 5,10,15,20-tetra(4-piridil)-21H,23H-porfirina (tetrapiridil porfirina base livre ou H₂TPyP) em forma cristalina. Medidas de difração de raios X foram realizadas e a análise do difratograma confirma a estrutura cristalina da amostra, todavia não foi possível no presente trabalho maiores conclusões a respeito de sua simetria espacial e parâmetros de rede. Foram realizadas medidas de espectroscopia Raman, e a atribuição dos modos de vibração da molécula de H₂TPyP foi realizada a partir da comparação dos espectros Raman obtidos em condições ambientes com o espectro calculado computacionalmente para a molécula isolada. Além disso, o comportamento dos modos vibracionais foi avaliado com a amostra submetida a diferentes condições de pressão hidrostática e de excitação. Nos experimentos realizados em diferentes condições de excitação (488 nm e 532 nm) foi observado que alguns modos vibracionais no espectro Raman obtido com a linha de laser em 532 nm não possuem correspondentes no espectro obtido com a linha de laser em 488 nm. Tal efeito foi entendido como uma manifestação do caráter ressonante do espalhamento Raman da molécula ao ser excitada em diferentes bandas de absorção óptica. Além disso, a amostra foi submetida a altas pressões, atingindo a pressão máxima de 7,7 GPa e, para cada valor de pressão, os espectros Raman foram obtidos com excitação em 488 nm. Foi observado, de modo geral, o deslocamento dos modos Raman para maiores números de onda com o aumento da pressão. Além disso, nas medidas em altas pressões, também é observado o surgimento de novos modos vibracionais. Em particular, no regime de altas pressões, estes novos modos possuem características compatíveis com modos já observados com a excitação em 532 nm e em pressão ambiente que inicialmente não possuíam correspondentes nos espectros Raman obtidos com excitação em 488 nm, também em pressão ambiente. Este efeito é atribuído à alteração nas condições de ressonância destes modos que, sob altas pressões, passam a ser ativos em 488 nm. Em alguns casos, foi ainda observada a separação de picos Raman em dois outros que evoluem com diferentes taxas ( ). Tal efeito foi atribuído à diminuição da simetria molecular, indicando uma direção preferencial à distorção da molécula com a compressão que pode ser causada pela presença das ligações nitrogênio-hidrogênio centrais. A análise da descompressão mostra que o processo segue um caminho inverso ao da compressão, indicando que o processo é quase que totalmente reversível.

Em 1993, Marino propôs a Pseudo-Eletrodinâmica Quântica (PQED) [E. C. Marino, Nucl. Phys. B, Vol. 408, 551 (1993)], uma teoria de calibre efetiva em (2+1)D, obtida a partir da redução dimensional da Eletrodinâmica Quântica em (3+1)D (QED) e que, embora sendo uma teoria não-local, respeita a causalidade e unitariedade, descrevendo a interação coulombiana entre cargas estáticas no plano. No presente trabalho, consideramos a redução dimensional que leva à PQED, tal como feita por Marino, mas incorporando os efeitos de condições de contorno impostas por uma superfície parcialmente refletora ao campo eletromagnético. Dessa maneira, propomos um modelo que carrega para a PQED a informação da presença dessa superfície, gerando um modelo efetivo que se enquadra no que recentemente foi denominado na literatura de Pseudo-Eletrodinâmica Quântica de Cavidades (PQED de Cavidades). Uma aplicação direta deste modelo, também desenvolvida no presente trabalho, é a obtenção da renormalização da velocidade de Fermi para os elétrons numa folha de grafeno próxima à uma superfície condutora, que será abordada no regime de interação estática da teoria.

No presente trabalho, nós investigamos as propriedades eletrônicas de estruturas baseadas em uma forma alótropa 2D do carbono formada por anéis 5 e 8 chamada POPGrafeno, utilizando a hidrogenação do topo de nanofolhas de POPGrafeno e a dopagem com átomos de N, B, ou N e B, visando aplicações em eletrônica molecular. Para o estudo, foi implementada a Teoria do Funcional da Densidade para a otimização das estruturas, e a Teoria do Funcional da Densidade combinada com o método de Funções de Green Fora do Equilíbrio para a obtenção das propriedades eletrônicas de transporte. Os resultados de estrutura de banda mostram que dentre as células unitárias propostas, a célula do POPGrafeno apresenta caráter de isolante topológico, e as demais apresentam caráter metálico. Os resultados para as propriedades de transporte eletrônico mostram que o nanodispositivo de POPGrafeno possui características que lembram a de um Transistor de Efeito de Campo no intervalo analisado, o hidrogenado apresenta características de um Transistor de Efeito de Campo no intervalo de -0,07 V a 0,07 V e de Diodo de Tunelamento Ressonante no intervalo de -0,70 V (0,70 V) a -1,00 V (1,00 V), o dopado com B de um Transistor de Efeito de Campo no intervalo analisado, o dopado com N de um Transistor de Efeito de Campo no intervalo de -0,10 V (0,10 V) a -1,00 V (1,00 V), e o dopado com B e N de um Transistor de Efeito de Campo no intervalo de -0,70 V a 0,70 V e de um Diodo Emissor de Luz no intervalo de -0,70 V (0,70 V) a -1,00 V (1,00 V). Os resultados mostram que estruturas baseadas em POPGrafeno surgem como uma grande alternativa para o desenvolvimento de nanodispositivos e aplicações em eletrônica molecular.

No presente trabalho nós investigamos, usando a Pseudo-Eletrodinâmica Quântica, como a renormalização da velocidade de Fermi em uma folha de grafeno é afetada por superfícies planas condutoras nas proximidades da mesma. Primeiramente, revemos o efeito de uma única superfície condutora aterrada e, posteriormente, investigamos uma cavidade formada por duas superfícies condutoras aterradas. Mostramos que a inibição da renormalização da velocidade de Fermi que ocorre no primeiro caso é ampliada pela cavidade de maneira não-aditiva, ou seja, o resultado da cavidade não é a simples soma dos resultados isolados que vem de cada uma das duas placas condutoras. Além disso, abordamos também o caso no qual o grafeno encontra-se em um meio dielétrico com uma constante dielétrica , separado por uma interface plana de outro meio com uma constante dielétrica . Para este caso, nós mostramos que a inibição da renormalização da velocidade de Fermi é maior para o caso , do que para o caso . A influência de meios externos nas propriedades de sistemas bidimensionais, nós chamamos de Pseudo-Eletrodinâmica Quântica de Cavidades.

Investigamos o comportamento da seção de choque de absorção do campo escalar não-massivo por um buraco negro estático e sem carga elétrica no contexto das teorias de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet (EdGB). Para fins comparativos, também apresentamos os resultados da seção de choque de absorção do campo escalar não-massivo na geometria de Schwarzschild, que é a geometria exterior a um buraco negro estático e descarregado no contexto da teoria da Relatividade Geral (RG). No limite em que a frequência do campo escalar tende a zero, para um buraco negro estático e sem carga elétrica, a seção de choque de absorção tende ao valor da área do horizonte de eventos, tanto para a teoria da RG (Schwarzschild) quanto para as teorias de EdGB. Mostramos que quanto maior for o valor da constante de Gauss-Bonnet, maior será o valor da seção de choque de absorção. Apresentamos gráficos das seções de choque de absorção, que foram obtidos através de métodos computacionais. Os resultados obtidos neste trabalho corroboram o fato de que as teorias de EdGB pertencem a um conjunto muito promissor de teorias alternativas à RG.

O material Sulfato de Ferro Amônio Hexahidratado (NH⁺₄)₂Fe⁺²(SO^-2₄)₂.6(H₂O) SFA, que pertence à família de materiais conhecida como Tutton's Salt é formado majoritariamente por octaédros de [Fe(H₂O)₆]²⁺ e tetraédros de SO^-2₄ e NH⁺₄. 234 modos vibracionais são previstos por teoria de grupos em k = 0, incluindo os 3 modos acústicos, os quais são distribuídos da seguinte forma: Γ₂₃₄ = 57Ag + 57Bg + 60Au + 60Bu. No capítulo 2, abordamos conceitos e relações fundamentais que são utilizados na formulação das técnicas empregadas para a investigação dos fenômenos observados nesse trabalho, tais como: Espectroscopia Raman, Difração de Raios-X e Teoria de Grupos. No capítulo 3 são fornecidas informações técnicas sobre os equipamentos e materiais utilizados neste trabalho, bem como a metodologia dos experimentos. No capítulo 4 apresentamos os resultados experimentais que estão divididos em seções, onde na primeira seção obtemos resultados via difração de raios-X e também informações adquiridas via refinamento de estrutura (Rietveld). Este refinamento apresenta uma grande excelência em seus parâmetros de qualidade. Os resultados estão coerentes com a literatura. Para a seção de Teoria de Grupos apresentamos os resultados em duas partes onde, na primeira parte, vemos como as contribuições vibracionais de cada grupo de átomos que compõe o cristal são divididas e classificadas, de acordo com a Teoria de Grupos. Na segunda parte, são fornecidas informações acerca do comportamento vibracional do cristal de SFA e realizamos o assignment dos modos nos espectros Raman. É feito a correlação para os modos vibracionais internos das geometrias octaédricas e tetraédricas através dos sítios de simetria com as representações do grupo fator do cristal C_2h. Na seção onde são apresentados os resultados de Raman polarizado verificamos como a alteração na geometria de espalhamento da luz pode nos fornecer informações diferentes sobre as polarizações de um cristal, em especial, para o SFA. Verificamos que na região entre 50 cm^-1 e 200 cm^-1, os modos se apresentam de formas diferentes. Concluímos também que apenas o modo em 300 cm^-1 pertence totalmente à geometria y(zx)y. Verificamos o surgimento de um dos modos  na geometria x(yy)x em 550 cm^-1 , aproximadamente. Os estiramentos    são observados em todas as configurações de polarização. Na seção sobre resultados de altas temperaturas, analisamos o comportamento vibracional do cristal de SFA e concluímos que a saída das moléculas de água da estrutura, em torno de 83 ºC, é o principal responsável pelas alterações observadas nos espectros Raman, de fato, a perda das ligações de hidrogênio afetam diretamente os dobramentos e estiramentos dos grupos moleculares de SO^-2₄ que compõem a vizinhança do complexo [Fe(H₂O)₆]²⁺. Ao atingirmos a temperatura de 93 ºC é observado o início da degradação do material, onde vemos que as translações e librações dos grupos moleculares NH⁺₄ e SO^-2₄, no intervalo entre 20 cm^-1 e 100 cm^-1, juntamente com o dobramento   e estiramento  , ambos associados ao complexo [Fe(H₂O)₆]²⁺, deixam de existir nos espectros Raman. Por fim, na seção com os resultados de altas pressões, temos a possível identificação de duas fases nos seguintes intervalos de pressão: de 0,1 GPa à 6,1 GPa e entre 6,1 GPa até 10,1 GPa. Sendo a primeira fase a mais cristalina seguida de uma fase metaestável entre 4,5 Gpa e 6,1 Gpa que leva até a segunda fase, menos cristalina, porém não totalmente amorfo. Esta hipótese não é conclusiva, sendo necessário a realização de mais alguns experimentos para obtermos resultados mais esclarecedores sobre este fenômeno como, por exemplo, difração de raios-x com pressão. Finalmente apresentamos as conclusões do trabalho, assim como suas perspectivas.

O buraco acústico girante é um modelo análogo em três dimensões (uma tipo tempo e duas tipo espaço) de um buraco negro com rotação. Buracos negros são soluções das equações de Einstein e estas descrevem a dinâmica do campo gravitacional na presença de matéria e/ou energia. Mesmo que o buraco acústico não seja um sistema gravitacional e tampouco satisfaça as equações de Einstein, este possui a mesma estrutura causal de um buraco negro. No presente trabalho obtemos uma expressão analítica para o comprimento de choque de absorção do buraco acústico girante em todo o domínio de frequência. Em se tratando do campo escalar, é preciso resolver a equação de Klein--Gordon, cujas soluções radiais são dadas em termos de funções de Heun, que são utilizadas para compor as expressões de nossos resultados analíticos.

A Pseudo-Eletrodinâmica Quântica (PEDQ) é a teoria que descreve a interação eletromagnética entre partículas carregadas confinadas em um plano. Quando fazemos o acoplamento da PEDQ com um campo de matéria bosônico, obtemos a chamada Pseudo- Eletrodinâmica Escalar (PEDQ-Escalar). Neste trabalho fazemos uma análise perturbativa da PEDQ-Escalar via diagramas de Feynman. Para isto, obtemos as regras de Feynman da teoria e fazemos o cálculo das funções de Green relevantes até a ordem de 1-laço: auto-energia do campo bosônico, auto-energia do campo eletromagnético e correções de vértices. Após isto, as divergências provenientes dos diagramas foram sistematicamente tratadas utilizando a regularização dimensional e as divergências removidas através de técnicas de renormalização. Espera-se que a PEDQ-Escalar possa ser aplicada no estudo da supercondutividade em filmes finos.

Esta tese consiste em obter um entendimento mais profundo de temas relacionados à Gravitação e Cosmologia, com ênfase na obtenção de soluções de buracos negros e estudo da fase atual de expansão acelerada do universo. Fizemos isso através das teorias de Gravidade Modificadas f(R), f(T) e f(T, T), nas quais sabemos ter reproduzido alguns dos mais conhecidos resultados da Relatividade Geral de Einstein. Nosso ponto de partida foi a ação para Gravidade f(R) acoplada à Eletrodinâmica não-linear, de onde obtivemos soluções de buracos negros regulares em 4-D para um espaço-tempo esfericamente simétrico e recuperamos as soluções de buracos negros regulares da Relatividade Geral. Posteriormente, escolhendo uma função massa M(r) nos coeficientes métricos, encontramos soluções com comportamento regular nos invariantes geométricos. Para os dois casos, analisamos as condições de energia e mostramos que as soluções encontradas violam pelo menos uma das condições de energia. Na Gravidade f(T), acoplamos a Eletrodinâmica não-linear à sua ação e obtivemos soluções de buracos negros carregados e uma nova classe de soluções de buracos negros regulares. Com os resultados obtidos para buracos negros carregados na Gravidade f(T), mostramos a possibilidade de acreção de fluido por esses buracos negros. Ainda no contexto da Gravidade f(T), construimos uma teoria que generaliza a Teoria Teleparalela preservando a invariância sob transformações de Lorentz locais. Por fim, abordamos a teoria da Gravidade f(T, T), reconstruindo o modelo ΛCDM, onde verificamos que a conservação do tensor energia-momento está relacionada com a escolha de uma determinada função Fg[y]; vimos também que nossa reconstrução descreve as eras cosmológicas até o tempo presente. Investigamos a estabilidade do modelo reconstruido e encontramos a condição para validade das leis da Termodinâmica.

Nesta tese, as propriedades magnéticas de alguns materiais foram investigadas usando cálculos de primeiro princípio.  O método ab initio chamado real space linear muffin-tin orbitals atomic sphere approximation (RS-LMTO-ASA) foi usado para calcular a estrutura eletrônicas e propriedades magnéticas de sistemas bulk, superfícies e nanoestrutudas adsorvidas em superfícies.

Nós implementamos novas funcionalidades ao método RS-LMTO-ASA, como o (a) cálculo da função espectral de Bloch, (b) projeção orbital da interação de troca J_ij e (c) o cálculo da interação de Dzyaloshinskii-Moriya (IDM). Usando (a), nós mostramos que é possível cálcular a relação de dispersão para sistemas bulk usando um método no espaço real. Além disso, mostramos que a relação de dispersão mostra-se presente mesmo para sistemas finitos unidimensionais, como um fio de Mn adsorvido em Au(111) a Ag(111). Com (b), nós investigamos a projeção orbital da interação de troca J_ij para metais 3d. Foi demonstrado a interação entre primeiros vizinhos para o Fe bcc tem um comportamento intrigante, com a contribuição vinda dos orbitais T_2g favorecendo o antiferromagnetismo. Além disso, a superfície de Fermi para o Fe bcc é formada em grande parte pelos orbitais T_2g e esses apresentaram um comportamento Heisenberg, i.e. não dependem da configuração magnética. Além disso, o mesmo método foi usado para estudar os metais de transição, como Cr, Mn, Co e Ni. No final, nós apresentamos os resultados obtidos com a implementação (c). Nossos resultados apresentaram que os valores da (IDM) dependem fortemente de vários fatores. Nós investigamos essa dependência sob a interpretação de cargas de spin e corrente.

Durante diversas décadas buracos negros permaneceram apenas como soluções matemáticas
das equações da Teoria da Relatividade Geral, até a descoberta de seu primeiro candidato astrofísico
Cygnus X-1. Atualmente, buracos negros são paradigmas tanto da Física teórica quanto
da Astronomia. Na Astronomia, buracos negros fornecem uma solução para alguns cenários
de formação de galáxias, para núcleos ativos de galáxias e para a remanescência do colapso de
supernovas. A recente detecção de ondas gravitacionais produzidas pela fusão de dois buracos
negros abriu uma nova janela de observação do Universo, com a inauguração da Astronomia
de ondas gravitacionais. Estes e outros avanços experimentais motivam um estudo da interação
entre ondas e buracos negros. Podemos modelar esta interação considerando ondas planas
incidindo sobre buracos negros e estudando como elas são absorvidas e espalhadas. Podemos
quantificar a absorção e o espalhamento de ondas através de duas quantidades: as seções de
choque de absorção e de espalhamento. Nesta tese analisamos como ondas planas não massivas
são absorvidas e espalhadas por diferentes configurações de buracos negros: (i) Schwarzschild
com uma casca fina de matéria ao redor, (ii) Kerr, e (iii) Kerr-Newman. Calculamos numericamente
as seções de choque de absorção e de espalhamento, e mostramos uma seleção de
resultados. Nossos resultados foram obtidos para valores arbitrários de frequência e do ângulo
de espalhamento das ondas incidentes, e apresentam excelente concordância com resultados
analíticos obtidos em casos limites.

Nesta tese apresentamos uma análise por meio de espectroscopia Raman ressonante (RRS) em nanotubos de carbono de parede única (SWCNT) e múltiplas paredes (MWCNT) sob dois diferentes focos. O primeiro investiga a influência da pressão hidrostática sobre as propriedades mecânicas dos nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) dispersos em solução aquosa de dodecilsulfato de sódio (SDS) e ácidos graxos saturados (C18), bem como, a evidência de seu preenchimento por essas partículas. Nesta parte do trabalho, os experimentos foram realizados empregando dois diferentes meios compressores, solução de álcool composta por 4 ml de metanol e 1 ml de etanol (MET-ET) bem como o óleo mineral (Nujol). Os espectros Raman foram obtidos na faixa espectral dos modos de respiração radial (do inglês, Radial Breathing Mode - RBM) e tangencial -G mostraram que as amostras de SWCNT serão compostas por tubos com diâmetros variando de 0,85 nm a 1,3 nm. Um deslocamento para maior frequência dos modos RBM e G é observada devido ao aumento da pressão. O desaparecimento dos modos RBM atribuídos a tubos com diâmetros superiores a 1,0 nm indica que esses tubos perdem ressonância em 2,0 GPa e 3,4 GPa, para Nujol e ET-MET, respectivamente. Na análise, a componente da banda G atribuída à SWCNTs mostrou a forma de linha Breit-Wigner-Fano (BWF), indicando que a amostra é composta majoritariamente por tubos metálicos. Nossos resultados mostram uma dependência das propriedades mecânicas dos CNTs com o meio compressor, que pode ser entendida a partir de uma previsão teórica relatada anteriormente sob o efeito de preenchimento do tubo por moléculas de ácidos graxos. O segundo foco do trabalho, está relacionado ao mecanismo de doping em MWCNTs preenchidos com carboneto de alumínio (Al₄C₃-MWCNTs) onde eles foram estudados e interpretados em relação às mudanças em suas estruturas eletrônica e fonônica. Além disso, afim de corroborar com os resultados de espectroscopia Raman, as amostras também foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios-X (DRX), através das quais os mecanismos de acoplamento elétron-fônon associados às intensidades Raman dos modos G e G' foram estudados e interpretados a luz do mecanismo de doping nesses sistemas de paredes múltiplas. Nossos resultados, corroborados com cálculos teóricos, indicam que as partículas de Al₄C₃ transferem elétrons para os MWCNTs. Estes cálculos foram realizados para um sistema de tubos preenchidos e não preenchidos de MWCNTs onde a densidade de estados eletrônicos calculada indicou que os dois possíveis sistemas considerados exibem comportamento metálico, com o carbeto de alumínio dopando os nanotubos de carbono.

No presente trabalho, estuda-se as características de transporte eletrônico de junções moleculares baseadas em derivados de opioides. Quatro moléculas que se diferem pela presença de radicais acetil servem como ponte molecular para conectar eletrodos de Au (111). São elas 3-acetil-morfina, 6-acetil-morfina, diacetilmorfina e morfina. O estudo teórico foi realizado utilizando a metodologia DFT-NEGF. Os resultados obtidos mostram que a desacetilação sequencial muda drasticamente a resposta dos sistemas moleculares à uma voltagem aplicada sobre o sistema. Efeitos de retificação, Resistência Diferencial Negativa e tunelamento ressonante são descritos em termos de taxas de transmissão e Densidade de Estados. Particularmente, a diacetilmorfina apresenta corrente elétrica nas escala de A e perfil retificador para polarização direta, obtendo picos de retificação (R' 9; 1) em baixas voltagens (0,6 V) e máximo de retificação (R=14,3) em 1,8 V. A desacetilação inverte o sentido da retificação para a morfina.

Nesta dissertação, será desenvolvida uma breve discussão sobre a aplicação de condições de contorno em sistemas de vórtices eletromagnéticos com quebra de simetria de calibre, implementando-as tanto diretamente sobre o modelo de Maxwell-Proca-Chern-Simons quanto indiretamente através de representações alternativas deste modelo. De partida, serão indicadas algumas descobertas científicas de grande relevância associadas aos estudos nesta área, para só então apresentar o modelo de Maxwell-Proca-Chern-Simons, per se, com suas equações de movimento e algumas de suas representações alternativas já conhecidas na literatura. Posteriormente, serão expostos os cálculos das forças associadas às flutuações de vácuo implementando algumas condições de contorno aparentemente distintas sobre as representações obtidas pelas diversas técnicas discutidas. Devido a uma coincidência de resultados nas forças para duas condições de contorno supostamente distintas, será feito um estudo dos vínculos a que o modelo está sujeito de forma a demonstrar que tal coincidência, na verdade, advinha da equivalência entre as condições de contorno. Além disso, uma análise quantitativa do efeito dos vórtices sobre a intensidade da força de Casimir será realizada evidenciando que a presença de vórtices suprime fortemente as forças de flutuação de vácuo.

Neste trabalho estudamos compósitos formados pelos polímeros PVA, PVK e PS modificados pela presença das ferritas Fe3O4, FeLiO2 e (La0,6Sr0,4)(Co0,2Fe0,8)O3 . Para a caracterização destes compósitos foram usadas as técnicas Raman, FT-Raman, FT-IR, Espectroscopia Óptica (no caso do PVK, por este absorver e emitir luz) e difração de raios X. Os espectros Raman mostraram as influências sofridas pelas bandas dos polímeros (redução de intensidade de modo geral) quando estes foram dopados com as ferritas, fatos observados também nos espectros FT Raman e nos espectros de infravermelho. Os espectros Raman também mostraram mudanças na largura de linha dos compósitos de PS + Fe3O4, PS + FeLiO2, PVK + Fe3O4 e PVK + FeLiO2. Outra mudança importante observada foi no espectro do PVA modificado com FeLiO2, onde observamos os deslocamentos de alguns modos vibracionais. Com relação aos espectros de infravermelho vimos mudanças importantes nos espectros dos compósitos, como o deslocamento dos modos das ferritas inseridas nas matrizes poliméricas, além da redução da intensidade dos modos, com exceção do compósito formado pelo PVA e ferrita de lítio. A espectroscopia óptica mostrou mudanças nas bandas de absorção e de emissão dos polímeros quando foram inseridas as ferritas em suas matrizes. A difração de raios X mostrou mudanças nos tamanhos dos cristalitos de ferritas, quando estas foram inseridas nas matrizes poliméricas, os resultados desta técnica também nos mostrou que a magnetita inserida nos polímeros não mudou de fase, fato que ocorreu quando à submetemos à radiação do laser 785 nm.

No contexto de um campo escalar sem massa em 1+1 D, Muñoz-Castañeda e Guilarte [Phys. Rev. D 91, 025028 (2015)] calcularam a força de Casimir entre espelhos parcialmente refletores, modelados por meio de um termo na lagrageana do tipo μ δ(x) + λ δ′ (x), que no limite de espelhos perfeitos reproduz as condições de Robin. No presente trabalho mostramos que esse modelo, no entanto, apresenta um aspecto problemático: para λ diferente de 0 os espelhos não são completamente transparentes no limite de altas frequências. A fim de proporcionar uma característica mais realista a esse modelo, propomos uma modificação no modelo δ - δ′, de modo a permitir total transparência no limite de altas frequências. Tomando esse modelo δ - δ′ modificado, calculamos a força de Casimir, via matriz de espalhamento genérica, comparando nossos resultados com os resultados encontrados na literatura. Em adição, investigamos uma segunda modificação no modelo δ - δ′, de modo a obtermos um modelo de espelhos parcialmente refletores que no limite de espelhos perfeitos leva às condições de Robin generalizadas. 

Resumo da Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal do Pará (PPGF-UFPA) como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Doutor em Ciências (Física).
Estudos dos espectros Raman e infravermelho dependentes da temperatura e da
pressão foram realizados em estrutura metálicas de azetidina [(CH2)3NH2][Zn(HCOO)3]
(AZZn), de dimetilamônio [(CH3)2NH2][Mg(HCOO)3] (DMMg) e [(CH3)2NH2][Cd(HCOO)3] (DMCd). Para a estrutura de azetidina de zinco, foram feitos experimentos de temperatura e pressão. Os espectros vibracionais mostraram anomalias distintas em bandas Raman a temperaturas em torno de 250K e 300K, que foram atribuídas a transições de fase estruturais associadas com o congelamento gradual dos movimentos de cátions de azetidina relacionados ao franzimento (ou contração) do anel.
Estudos dos espectros Raman dependentes de pressão revelaram uma transição induzida por pressão abaixo de 0,94 GPa. Uma segunda transição de fase foi encontrada entre 2,26 e 2,74 GPa. Esta transição tem um forte caráter de uma transição de fase de primeira ordem e está associada com uma distorção do sistema da estrutura de zinco e dos cátions de azetidina. Para estruturas de DMMg, os estudos de pressão revelaram três transições próximo de 2,2, 4,0 e 5,6 GPa. As duas primeiras transições estão associadas com a significativa distorção do sistema aniônico e a transição de fase em 5,6 GPa também tem um grande efeito nos cátions de DMA+. O DMCd sofre duas transições de fase, a primeira transição ocorre entre 1,2 e 2,0 GPa e a segunda ocorre próximo de 3,6 GPa. A primeira transição conduz para mudanças estruturais sutis associadas com a distorção do sistema aniônico e em seguida conduz para uma distorção significativa do sistema. Em contraste
VI com DMMg, a terceira transição associada com a distorção do cátion DMA+, não foi observada para o DMCd até 7,8 GPa. Essa diferença pode esta provavelmente mais associada com o grande volume da cavidade ocupada pelo cátion de DMA+ no DMCd e assim, mais fracas são as interações entre o sistema aniônico e os cátions de DMA+.

Neste trabalho apresentamos o estudo da estabilidade estrutural de um mono cristal de all-trans-β-caroteno submetido a condições extremas de baixas temperaturas e altas pressões hidrostáticas através de espectroscopia Raman, utilizando linha de excitação 632,8 nm. Cálculos computacionais foram realizados utilizando a teoria do funcional da densidade (DFT) para determinar os modos de vibração da molécula de all-trans-β-caroteno uma vez que a grande maioria das vibrações previstas por teoria de grupo para o cristal são referentes aos modos internos. Na faixa de temperatura entre 20 e 300 K os espectros Raman exibem alterações claras na região espectral que compreende os modos da rede cristalina e na região que contém os modos internos de vibração. A dependência da temperatura dos modos vibracionais mais intensos ν1 (1511cm-1) e ν2 (1156 cm-1), que estão relacionadas com as vibrações de estiramento (stretch) das ligações C = C e C − C, respectivamente, da cadeia polienica, sofrem deslocamento para valores elevados de números de onda. Este comportamento é semelhante ao exposto no trabalho teórico de Wei-Long Liu et al. Nós concluímos que o cristal de all-trans-β-caroteno sofre uma transição de fase induzida por temperatura em torno de 219 K. Esta transição é interpretada como uma rotação (em torno do angulo diedro) experimentada por grupos conhecidos como β-anéis, localizados em cada extremidade da molécula. A baixas temperaturas, a nova configuração molecular afeta o plano de deslizamento do grupo espacial C52h (P21/n), a transição de fase conduz a uma estrutura monoclínica inalterada. No entanto, o grupo espacial original é possivelmente reduzido para o grupo espacial C2. Entre as temperaturas de 200 e 220 K, a razão espectral (S ) das intensidades integradas dos modos de estiramento assimétrico e simétrico do grupo metil (CH3) sofre uma mudança abrupta, tal mudança é mais um indício de uma transição de fase. Além disso, os resultados obtidos por calorimetria diferencial de varredura (DSC) mostram a ocorrência de um processo exotérmico próximo da temperatura de transição observada por espectroscopia Raman. Em regime de altas pressões foram observadas diversas modificações nos espectros Raman como, por exemplo, o desaparecimento de modos e descontinuidades de alguns parâmetros utilizados como referência. Tais mudanças ocorreram tanto na região referente aos modos da rede cristalina como na região referente aos modos puramente da molécula. Duas transições de fase foram observadas, a primeira entre 1,94 e 2,5 GPa e a segunda entre 3,76 e 4,78 GPa. A análise dos modos característicos ν1 e ν2 revela um comportamento semelhante ao observado no modelo de Wei-Long Liu et al. Por fim, os espectros Raman em diferentes pressões do cristal de all-trans-β-caroteno não se mostraram compatíveis aos espectros Raman de nenhuma das formas cis apresentadas neste trabalho.

O estudo das propriedades de espalhamento de buracos negros de Schwarzschild em dimensões extras para o campo escalar não massivo restrito à brana quadridimensional é apresentado. O estudo de espaços-tempos extra-dimensionais tem aumentado bastante recentemente graças, em parte, aos trabalhos pioneiros de Randall e Sundrum (em cinco dimensões) e Arkani-Hamed, Dimopoulos e Dvali (em d dimensões). Em especial, os últimos conjecturaram a existência de dimensões extras com escala submilimétrica para resolver o problema de hierarquia. Nesta visão, apenas as pertubações gravitacionais são modicadas no espaço-tempo completo, chamado de bulk, sendo que os demais campos do modelo padrão cam restritos à brana. A partir destas ideias, aqui se discute o espalhamento do campo escalar não massivo, no contexto de dimensões extras, restrito à brana do espaço-tempo de Schwarzschild. Utiliza-se o método de ondas parciais para determinação numérica das seções de choque. Aproximações analíticas, tais como a aproximação de Born, a análise perturbativa de geodésicas e a aproximação para o efeito glória, são utilizadas. É mostrado que tais aproximações concordam muito bem com os resultados
numéricos dentro de seus limites de validade.

Neste trabalho foram crescidos os cristais de sulfato de níquel hexahidratado (NSH), o qual foi dopado com os íons Mn+2 e Cu+2, e posteriormente foram caracterizados por difração de raios X de policristais e difração múltipla de raios X (DMX) usando radiação Síncontron. Os cristais foram crescidos pelo m etodo de evaporação lenta e tendo como resultados cristais de boa qualidade, os quais foram utilizados para os experimentos de
difração de raios X de policristais, no laboraório de física experimental e computacional da UFPA, e para os experimentos de difração múltipla realizados no Laboratório Nacional de Luz Síncontron (LNLS). De acordo com os resultados obtidos da difração de raios X de policristais juntamente com o refinamento Rietveld, podemos perceber que apesar da presença do dopante na estrutura cristalina, os cristais dopados de NSH:Mn e NSH:Cu, apresentaram a mesma estrutura tetragonal e grupo especial do NSH puro. Mudanças no parâmetro de
rede foram observadas o que resultou em um aumento da célula unitária, essas mudanças foram anisotrópicas, ou seja, os parâmetros de rede sofreram variações de formas diferentes e foram constatadas, em comum acordo, pelas técnicas utilizadas. O objetivo deste trabalho foi crescer cristais de NSH e dopar com outros íons para entender o processo de dopagem de materiais e estudar suas propriedades físicas por intermédio dos experimentos de difração de raios X. No LNLS, foram realizados os experimentos de difração múltipla, utilizando energias diferentes na estação de trabalho XRD2. As varreduras renninger mostraram que
a introdução dos dopantes na estrutura cristalina provou mudanças nas posições dos picos, intensidades e na largura meia altura. Estas alterac~oes, observadas nos cristais dopados, podem gerar modificações nas propriedades físicas do material, de modo que, podem acentuar ou inibir alguma propriedade que o cristal possua. O estudo da estrutura destes materiais podem auxiliar outras pesquisas que por ventura utilizem estes cristais. Um exemplo disso é a existência de grupos de pesquisa dopando o NSH com outros materiais, a fim de que possam aumentar a temperatura de desidratação. Assim, as aplicações podem ser feitas nas mais diversas áreas como óptica, eletrônica, medicina e na indústria.

General relativity passed all experimental tests in the weak-field regime, what made it the standard theory of gravity. However, the characterization of strong field regime of general relativity is still a challenge, due to the lack of definitive observational data from high curvature regions. It is in the strong regime that general relativity shows its subtleties and where it is possible to test whether or not general relativity should be replaced by an improved theory of gravity. High curvature regions – and therefore regions of strong field – are possible in the vicinity of compact gravitating objects, such as neutron stars, exotic stars, and black holes. Therefore, these compact objects are excellent laboratories to put constraints and to test theories of gravity in the strong regime. The outcome of the investigation of phenomena around these objects may confront crucial characteristics of general relativity as well as rule out possible alternative theories of gravity. With the advent of potential gravitational wave detectors and new or improved telescopes, it is of utmost importance to study the phenomenology around compact astrophysical objects – to understand the nature of the gravitational objects, to improve the description of the current theoretical models, and to understand the theory of gravity itself. In this thesis, we present a collection of studies on compact objects in general relativity and alternative theories of gravity. The thesis is divided in three main parts. In the first part, we discuss some solutions associated with compact objects. In Chapter 1 we obtain, in closed analytic form, slowly rotating black hole solutions of a general class of theories of gravity, for which the Einstein-Hilbert action is supplemented by all possible quadratic, algebraic curvature invariants coupled to a scalar field. We also discuss possible implications of this solution to the description of accretion disk (thermal) emissions. In Chapter 2 we investigate slowly rotating anisotropic neutron stars in general relativity and in scalar-tensor theories of gravity. We discuss the effect of the fluid anisotropy in the so-called spontaneous scalarization of stars. We also discuss possible ways to constraint the anisotropy of neutron stars. In the second part, we discuss wave-emission processes around compact objects and quasinormal modes. In Chapter 3 we calculate the emission of scalar waves by a particle orbiting a Kerr black hole, within the context of quantum field theory in curved spacetimes at tree level. In Chapter 5 we discuss astrophysical signatures of a plausible supplant to black holes: boson stars. We obtain quasinormal modes – polar and axial – of boson stars within a fully relativistic approach. We also compute the emission of gravito-scalar waves by a particle in circular orbits around boson stars, showing that the star modes “resonate” for some orbits. In Chapter 4 we discuss two different methods to compute the quasinormal modes of spherically symmetric astrophysical environments, namely: the direct integration method and the continued fraction method. In Chapter 6 we discuss the effect of accretion and dynamical friction in the motion and gravitational wave emission of a particle orbiting around – and through – a dark matter star. We model the dark matter star using uniform density stars and using boson stars. We discuss the cases for which the motion of the particle is subsonic and supersonic. In the last part, we discuss planar massless scalar waves impinging upon compact objects, considering their absorption and scattering cross sections. In Chapter 8 we compute the absorption cross section of planar massless scalar waves on Kerr black holes. We consider different angles of incidence, such that we explore the role of the rotation of the black hole into the absorption cross section. We also use the “sinc” approximation to compute the absorption cross of Kerr black holes and compare it with our numerical results. In Chapter 9 we analyze a wave incident on a Schwarzschild black hole surrounded by a thin spherical shell. We show that in the low-frequency limit the absorption cross section approaches the area of the black hole, regardless of the shell characteristics (position and mass). However, in the mid-to-high-frequency limit we show, numerically and analytically, that the absorption cross section can considerably differ from the case of an isolated Schwarzschild black hole with the same ADM mass. In Chapters 10 and 11 we study the absorption and scattering of waves, respectively, incident upon a Bardeen regular black hole. We show that Bardeen black holes can mimic some properties of Reissner-Nordstrom black holes, considering absorption and scattering of fields.

Pesquisas  em  matéria  condensada  como  supercondutores  e  isolantes  topológicos   vem garantindo  avanços  principalmente  na  caracterização  das  propriedades  de  superfície. Consciente  da  importância  dessas  propriedades  na  modelagem  de  nano  dispositivo  que nessa  dissertação  apresentamos  um  modelo  de  uma  nova  classe  de  dispositivo nanoeletrônico. Utilizaremos as propriedades teóricas de transporte eletrônico  para estudar este  modelo  que será  investigado  através do método da Função de Green de Não-Equilíbrio [1] .  A  partir da função de Green obtivemos a  fórmula da condutância do sistema. Os gráficos  da  condutância  sinalizam  a  assinatura  eletrônica  do  sistema  com  a  detecção  de quasipartículas, ou seja, de  Férmions de Majorana . Partiremos  de  um ponto  quântico em contato com eletrodos metálicos, de um único nível, sem spin  acoplado a  uma cadeia de Kitaev [2] , sobre um supercondutor topológico com pareamento -wave.

Neste trabalho, nós usamos uma rota modificada do processo sol-gel aquoso para preparar manganita de níquel (NiMn2O4) e o compósito NiO/NiMn2O4 em forma de pó. Essa rota de síntese é bastante simples e é baseada no uso de sorbitol como agente quelante. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, refinamento Rietveld e microscopia eletrônica de varredura. As propriedades magnéticas das amostras foram estudadas por magnetização DC e susceptibilidade AC. Em relação ao composto NiMn2O4, o padrão de difração de raio X mostrou que esse material tem uma estrutura espinel cúbica. Dados de magnetização em função da temperatura em baixos campos magnéticos mostraram uma assinatura de um estado tipo vidro de spin devido à frustração e a desordem magnética.

Um pico bem definido na curva de susceptibilidade AC da parte real foi observado, indicando uma transição tipo vidro de spin. A dependência de frequência da susceptibilidade AC revelou claramente o comportamento tipo vidro de spin com o começo do congelamento da fase vidro de spin abaixo da temperatura de Curie do NiMn2O4. A partir dos dados de magnetização DC, pode-se identificar o composto NiMn2O4 como um cluster vidro de spin ou cluster glass, com ambas as fases ferrimagnética e tipo vidro de spin coexistindo em baixas temperaturas. Assim, o efeito de exchange bias observado no composto NiMn2O4 foi proposto ser devido ao efeito de pinning na interface ferrimagnética e tipo vidro de spin. No que diz respeito ao compósito NiO/NiMn2O4, os dados de refinamento Rietveld mostraram que a porcentagem da fase NiMn2O4 nas amostras variou de 62 a 89 wt% e a fase de NiO variou de 48 a 11 wt%. Ciclos de histereses magnéticas do compósito NiO/NiMn2O4 realizados em T = 5 K após resfriamento das amostras em campo magnético constante (H = 50 kOe) mostraram um deslocamento para campos negativos, típico do efeito de exchange bias. Esse efeito deve ser provavelmente devido ao acoplamento de exchange nas interfaces entre os materiais antiferromagnéticos (NiO) e ferrimagnéticos (NiMn2O4). Foi investigado o efeito da concentração de NiO no exchange bias e na coercividade. Os resultados mostraram que o efeito de exchange bias aumentou com o aumento da concentração de NiO.

A eletrodinâmica quântica (QED) é uma das teorias mais bem sucedidas da física, na qual descreve a interação entre a matéria e a radiação eletromagnética. Diante disso, certos fenômenos planares, por exemplo, a supercondutividade à altas temperaturas e o efeito Hall quântico, desencadearam interesses na comunidade científica nesse ramo de pesquisa. Nesta dissertação apresentaremos a Pseudo-Eletrodinâmica Quântica (PQED)
como a teoria apropriada para descrever a interação eletromagnética de partículas carregadas no plano. Mostraremos alguns resultados desta teoria quando aplicada ao estudo do grafeno. Em particular, mostraremos que a PQED abre um gap de energia quando a constante de acoplamento excede um valor crítico, e que esse resultado pode abrir a conjectura da existência de uma transição de fase semi-metal para semi-condutor no grafeno.
E analisando também a influência da velocidade de Fermi na geração deste gap.

Nós investigamos por meio da função de Green de não equilíbrio e teoria do funcional da densidade, as propriedades de transporte eletrônico de junções moleculares compostas de oligo-para-fenileno (com dois, três, quatro e cinco anéis de fenil) fazendo a ponte entre eletrodos do tipo nanotubos de carbono metálico. Verificou-se que a corrente está fortemente correlacionada com um parâmetro quiral puramente geométrico, tanto na ressonância como fora da ressonância. O gráfico de Fowler-Nordheim exibe mínimos, Vmin, que ocorrem sempre que a curva de transmitância em ressonância entra na janela de condução. Esse resultado corrobora com o cenário em que o modelo transporte coerente dá a interpretação correta de espectroscopia de voltagem de transição (TVS). Nós mostramos que Vmin corresponde a tensões, onde a resistência diferencial negativa (NDR) ocorre. A constatação de que Vmin corresponde a tensões que exibem NDR, o que pode ser explicado para a junção de uma única molécula dentro do modelo de transporte coerente, o que confirma ainda mais a aplicabilidade de tais modelos para interpretar adequadamente TVS. O fato dos eletrodos serem orgânicos da origem as diferenças do comportamento de Vmin, se comparado com o caso das junções moleculares com contatos não orgânicos. Na segunda fase da tese, investigamos teoricamente o transporte quântico de não equilíbrio em um ponto quântico acoplado a um estado ligado de Majorana. Baseado no formalismo da função de Keldysh-Grenn, que nos permite investigar a corrente elétrica de forma contínua a partir de zero voltagem até ao grande regime de voltagem. Em particular, nossos achados concordam totalmente com os resultados anteriores na literatura onde o cálculo do transporte é obtido usando a teoria de resposta linear. Nossas curvas I-V revelam uma inclinação característica dada por I = (G0/2)V em regime de resposta linear, onde G0 é a condutância balística e2/h como previsto em Phys. Rev. B 84, 201.308 (R) (2011). Os desvios deste comportamento também são discutidos quando o acoplamento é assimétrico para ambos, o eletrodo esquerdo e direito. A condutância diferencial obtida a partir das correntes da esquerda e direita pode ser maior ou menor do que G0/2, dependendo do acoplamento. Nós também comparamos a corrente através do ponto quântico acoplado a um férmion regular (FR) de modo zero e a um estado ligado de Majorana ou “Majorana bound state” (MBS). Os resultados diferem consideravelmente para toda a faixa de tensão de polarização analisada. Além disso, observa-se a formação de um platô na curva característica I-V para tensões de polarização intermediárias quando o ponto é acoplado a um MBS. Os efeitos térmicos são também considerados. Fazemos notar que, quando a temperatura dos reservatórios é grande tanto RF quanto MBS coincidem para todas as tensões de polarização.

A teoria de perturbações aplicada a gravitação de Einstein pode gerar resultados satisfatorios para muitos problemas em relatividade geral e teoria quântica de campos. A teoria de perturbações nos permite encontrar soluções aproximadas, que se desviam pouco de uma solução exata. Desta forma, a equação de Einstein e \linearizada" e estabelecemos uma teoria linear para a relatividade geral. Ao quantizarmos as perturbações gravitacionais, temos uma teoria linear para um campo tensorial de spin 2: o graviton. Devido a sua relevância para o estudo de cosmologias in acionarias, a analise de fenômenos no espaco-tempo de De Sitter tem aumentado. Perturbações gravitacionais quânticas no espaco-tempo de De Sitter podem ter impactado a evolução de um universo in acionario, que parece ser o caso de nosso proprio Universo, de acordo com observações recentes. As propriedades da função de dois pontos do graviton são especialmente importantes neste contexto. Devido a invariância de calibre da teoria linearizada, divergências na função de dois pontos do graviton podem possuir um carater não físico. Particularmente, divergências no infravermelho podem atuar como mecanismos relacionados a quebra da simetria de De Sitter e o metodo perturbativo perde sua validade. Alguns autores relatam que estas divergências no infravermelho levam a uma constante consmologica dependente do tempo, por exemplo. Nesta dissertação, estudamos perturbações gravitacionais em espacos-tempos de fundo curvos. Usando um formalism invariante de calibre para perturbações gravitacionais em espacos-tempos de fundo com simetrias especiais, particularmente simetria esferica, calculamos a função de dois pontos do graviton na região estatica do espaco-tempo de De Sitter. Analisamos suas propriedades, incluindo seu comportamento no limite infravermelho. A região estatica do espaco-tempo de De Sitter e sicamente relevante, pois representa a região acessvel a um observador inercial. No estado de vacuo tipo Bunch-Davies, o qual e um estado termico com temperatura H=2, em que H e a constante de Hubble, a função de dois pontos que encontramos e nita no limite infravermelho. Alem disso, esta função de dois pontos na região estatica e invariante por translações temporais.

Analisamos a estrutura dos pontos fixos para o modelo não-abeliano de interação de quatro férmions em (3+1) dimensões o qual possue a simetria SU(Nc)­SU(Nf )L ­SU(Nf )R a partir do cálculo perturbativo da função beta do sistema reduzido. Tratamos o modelo como uma teoria efetiva válida em uma escala de energia em que p<< M, onde p é o momento externo e M é uma parâmetro massivo que caracteriza o acoplamento. Usando o mecanismo de redução de Zimmermann, mostramos até a ordem de 1-loop, que alguém do ponto fixo infravermelho na origem existe uma linha de pontos fixos não triviais ultravioletas os quais dependem de Nc e Nf . Estudamos também a quebra de simetria de Lorentz no contexto de Horava-Lifshitz para o modelo de Yukawa e Gross-Neveu-Thirring, mostramos que a inserção de altas derivadas na parte espacial da lagrangeana livre pode melhorar o comportamento ultravioleta das teorias e determinamos as funções do grupo de renormalização para o modelo de Gross-Neveu-Thirring. Num segundo momento, estudamos a eletrodinâmica quântica em três dimensões, na qual verificamos a geração do termo de Chern-Simons e mostramos que a auto-energia do campo de calibre é transversal pela conservação da corrente.

Suspensões de nanotubos de carbono de parede única  (SWCNTs) em soluções aquosas de dodecil  sulfato  de  sódio  (SDS)  e  ácidos  graxos  saturados  (Cn)  são  estudadas.  A  qualidade  das dispersões  é  analisada  por  espectroscopia  de  fotoluminescência  (PL)  como  uma  função  do comprimento da cadeia de Cn. Medidas de espalhamento Raman Resonante (RRS) e simulações de dinâmica  molecular  (MD)  foram  também  realizadas  com o  objetivo  de  estudar  o  efeito  do  meio envolvente nas propriedades dos SWCNTs em suspensões. Ambos os dados de PL e RRS indicam um aumento da individualização de SWCNTs nas dispersões para Cn’s tendo um comprimento de cadeia alquílica maior do que o SDS. Simulações de MD mostraram a formação de misturados CnSDS agregados em torno de um nanotubo em água e umaenergia de ligação de Cn com a parede do nanotubo, que aumenta linearmente com o comprimentoda cadeia. O aumento da solubilização de SWCNTs  é  assim  interpretado  em  termos  da  redução  da repulsão  eletrostática  dentro  dos surfactantes agregados e do aumento da energia de ligação com a parede do nanotubo. Amostras em Pó preparadas pela evaporação de dispersões de Cn ebundles de SWCNT em etanol também foram estudados  por  RRS  na  faixa  de  freqüência  do  modo  de respiração  radial  (RBM).  Todas  as freqüências  RBM  medidas  exibem  um  deslocamrnto  para o  azul  (∆ω)  em  relação  aos  valores obtidos para o pó de SWCNTs puros. Notavelmente, osnanotubos com diâmetros menores do que 1,0 nm, mostram ∆ωno intervalo de 2,5-4,5 cm -1 , enquanto aqueles tendo diâmetros maiores do que 1,0 nm exibem ∆ωno intervalo de 6,5-8,0 cm -1 . Simulações de MD mostraram que os nanotubos de diâmetros  grandes  encapsulam  os  Cn’s  nos  seus  núcleos,  assim  justificando  o  aumento  do endurecimento do modo RBM.

No presente trabalho estudamos a renormalização da pseudo-eletrodinâmica quântica em (2+1)D (PEDQ3) na ordem de um laço. Proposta por E.C. Marino, a PEDQ3 descreve a interação eletromagnética completa entre         elétrons movendo-se em um plano, e recentemente tem sido proposta como a interação entre os elétrons
no grafeno. Usando férmions de quatro componentes e utilizando a regularização dimensional calculamos as funções de renormalização da teoria no caso isotrópico e anisotrópico, e mostramos que a identidade de Ward-Takahashi é preservada. Particularmente, a renormalização da velocidade de Fermi para o caso anisotrópico e o fator giromagn ético para o caso massivo e isotrópico são obtidos.

Nesta dissertação, determinamos a força de Casimir para o modelo de Maxwell-
Proca- Chern-Simons (MPCS) obtido a partir do modelo de Maxwell-Chern-Simons-Higgs
que representa vórtices quantizados em (2 + 1)D do espaço-tempo. No modelo inicial
(MCSH), os vórtices são representados por um campo escalar complexo associado a um
termo de massa dinâmica M. Em uma primeira aproximação, consideraremos o valor esperado
no vácuo (não nulo) deste campo, obtendo, deste modo, o modelo (MPCS). Então,
calcularemos a força de Casimir para o modelo resultante, associando este ao modelo de
dois campos escalares massivos não-interagentes. As massas de cada um dos dois campos
escalares estão adequadamente relacionadas com as constantes características do modelo
de (MPCS). Assim, a força de Casimir pode ser descrita como a soma das forças para
dois campos escalares, que são bem conhecidas na literatura. Contudo, a força de Casimir
depende das condições de contorno consideradas. Então, um problema que surge
naturalmente é que devemos mapear as condições de contorno consideradas para o campo
escalar em respectivas condições de contorno para o campo vetorial do modelo de MPCS
(ou vice-versa). Aqui, por uma questão de simplicidade, tentaremos denir corretamente
as condições de contorno que serão consideradas para o modelo de MPCS (associado a
dois campos escalares), a m de obter a força de Casimir para o modelo em termos das
expressões conhecidas para forças de Casimir para campos escalares.
De outra perspectiva, também, estudamos a força de Casimir para o modelo MPCS
fazendo uso de transformações duais, a m de expressar o modelo MPCS como uma
soma de dois modelos de Proca-Chern-Simons (PCS) vetoriais. O cálculo da força para
cada Proca-Chern-Simons é feito tomando o valor esperado no vácuo do tensor energiamomento,
escrito em termos dos propagadores dos campos auto-duais. A vantagem de
fazermos esta abordagem é que as equações diferenciais resultantes (para os propagadores
dos campos vetoriais) são mais simples do que as descrevem os propagadores do modelo
inicial de Maxwell-Proca-Chern-Simons. Discutimos também, o mapeamento da condição
de contorno do modelo inicial nas respectivas condições de contorno para os modelos vetoriais
resultantes.
Também, para complementar este trabalho, apresentaremos os passos iniciais para investiga
ção do efeito Casimir dinâmico para o modelo de MPCS associando este a campos
escalares massivos. Por simplicidade, começamos a estudar o campo escalar massivo em
(1 + 1)D, sujeito as condições de contorno de Dirichlet, considerando apena uma da fronteiras em movimento não relativístico.