Orientador: Carlos Lenz Cesar

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Pontos Quânticos (PQs) são nanocristais (mais comumente compostos de materiais semicondutores) cujo tamanho é menor do o raio de Bohr de seu éxciton. Devido às suas dimensões reduzidas ocorre confinamento quântico dos portadores de carga que confere aos PQs propriedades ópticas diferentes do...

Resumo: Pontos Quânticos (PQs) são nanocristais (mais comumente compostos de materiais semicondutores) cujo tamanho é menor do o raio de Bohr de seu éxciton. Devido às suas dimensões reduzidas ocorre confinamento quântico dos portadores de carga que confere aos PQs propriedades ópticas diferentes do material bulk e que podem ser ajustadas através do tamanho. A relativa facilidade de ajuste das propriedades ópticas do material, conforme desejado, faz dos PQs excelente candidatos a uma infinidade de aplicações. Este trabalho, focado em PQs coloidais, explora três frentes do estudo destas nanoestruturas. Primeiro, discutimos os métodos de fabricação destes materiais e como atingir as propriedades ópticas desejadas. Os resultados experimentais de fabricação contemplam duas técnicas: um método aquoso e a fabricação de PQs coloidais por ablação a laser, síntese relativamente nova, mas que apresentou resultados muito promissores, como a obtenção de PQs de CdTe fluorescentes encapados com tiol e o sucesso na síntese de PQs de vários outros materiais usando a mesma montagem experimental. A segunda frente de trabalho desta tese lida com as aplicações biológicas dos PQs. O vasto histórico de colaborações na área das ciências da vida de nosso grupo de pesquisa motivou as aplicações de nossas amostras para este fim. São apresentados estudos de PQs de CdTe utilizados como marcadores fluorescentes em parasitos vivos, nos quais apresentamos protocolos de marcação e concentração adequada de PQs para a execução de estudos in vivo dos parasitos. Mesmo sendo exploradas há décadas, as propriedades dos PQs possuem muitos aspectos em aberto e ainda são objeto de controvérsia. A contribuição de nosso trabalho para esta discussão encontra-se na seção de caracterização. Neste trecho realizamos uma discussão sobre as modelagens dos níveis de energia dos PQs e o efeito do confinamento quântico nestes níveis. Na parte experimental, realizamos um trabalho de instrumentação, construindo uma plataforma de microscopia confocal com criostato, para que fosse possível a realização de medidas de fotoluminescência de excitação por absorção de dois fótons em função da temperatura. Esta medida permite o acesso a transições eletrônicas proibidas em processos de dois fótons. Sendo assim, este experimento permite visualizar um panorama mais completo da estrutura de bandas x dos PQs, contribuindo para o melhor entendimento do comportamento dos portadores no interior dos nanocristais

Abstract: Quantum dots (QDs) are nanocrystals (usually made out of a semiconductor material), whose exciton Bhor radius exceeds their size. The quantum confinement applied to its charge carriers, due to its reduced dimensions, induces in the QD the change of its optical properties that can be...

Abstract: Quantum dots (QDs) are nanocrystals (usually made out of a semiconductor material), whose exciton Bhor radius exceeds their size. The quantum confinement applied to its charge carriers, due to its reduced dimensions, induces in the QD the change of its optical properties that can be controlled by changing the QD¿s size. The relative easiness that one can design the material¿s optical properties makes the QDs an excellent candidate to myriad of applications. This work, focused in colloidal PQs, explores three fronts of these nanostructures¿ study. First of all, we discuss the fabrication methods of these materials and how to manage to reach its desired optical properties. The experimental results from fabrication processes reach two techniques: an aqueous method and the colloidal QDs fabrication by laser ablation, a relatively new synthesis route that presented very promising results, mainly concerning the versatility of this method in the choice of the QD material. The second front of work deals with the biological applications of the QDs. Our research group has a vast historic in collaborations in the biological field and was natural, thus, that our samples were tested if this finality. In this work it is presented studies that use our CdTe QDs samples as fluorescent marker in live parasites. It is also shown results that indicated the QDs doses which the biological structures can handle without substantial damage. Even though they have been explored for decades, the QDs¿ properties description still has several open questions. Our work¿s contribution to this matter is contained in the characterization sections. There, we firstly discuss the models used in the energy levels calculations and the influence of the quantum confinement in these levels. In the experimental bit, it is described the instrumentation work required to make possible measurements of photoluminescence excitation by two photon absorption processes. This measurement allows the access of forbidden electronic transitions by one photon absorption. With that, it is possible to construct a more complete scene of the QDs band structure, contributing to the better understanding of the behavior of the carriers inside the nanocrystals