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Tese de Livre Docencia
DOI
10.11606/T.43.2007.tde-27082007-190738
Documento
Autor
Nome completo
Sergio Luiz Morelhao
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Banca examinadora
Martins, Marcos Nogueira (Presidente)
Amaral, Lia Queiroz do
Guimarães Filho, Alberto Passos
Mascarenhas, Yvonne Primerano
Polikarpov, Igor
Título em português
Física de raios X aplicada à cristalografia, nanotecnologia e oftalmologia.
Palavras-chave em português
Camada epitaxiais
Catarata
Cristalino
Difração de raio X
Dispositivos opto-eletrônicos nanoestruturados
Fimes finos amorfos
Imageamento por raios X
Materiais cristalinos (cristais)
Materiais semicondutores
Oftalmologia
Pontos quânticos
Radiação síncroton
Superredes
Tecidos biológicos
Resumo em português
Nesta tese, as contribuições mais relevantes em três distintas linhas de pesquisas são apresentadas, cobrindo um período de mais de 15 anos de pesquisas acadêmicas. I. ESPAÇO RECÍPROCO HÍBRIDO. O espaço recíproco de monocristais fornecem uma descrição geral de como as redes cristalinas trocam momento com um feixe de raios X incidente. A epitaxia é um processo fundamental à tecnologia de semicondutores, permitindo o crescimento de uma rede cristalina sobre outra com diferentes parâmetros de rede. O espaço recíproco híbrido leva em conta processos de reespalhamento entre ambas as redes. O entendimento desses processos de reespalhamentos levam à confiáveis e eficientes métodos de caracterização das propriedades estruturais desses materiais. II. IMAGEAMENTO DE RAIOS X NO ESTUDO DA CATARATA. Com a disseminação das instalações síncrotron pelo mundo, iniciada décadas atrás, a exploração das propriedades de interação radiação-matéria dos raios X duros para técnicas de imagem de tecidos biológicos se tornou uma área de pesquisa muito ativa. Contudo, uma grande brecha existe atualmente entre o potencial já desenvolvidos das técnicas de imagem e a sinergia desse potencial para outras áreas do conhecimento. Nesta pesquisa, nós fazemos uma ponte sobre essa brecha ao mostrar o quão revelador as imagens de raios X síncrotron pode ser ao estudo de doenças oftálmicas, em particular à mais comum delas, a catarata. III. FÍSICA DE RAIOS X EM CRISTALOGRAFIA E NANOTECNOLOGIA. Ao se excitar duas reflexões Bragg simultaneamente, o que é chamado difração de três feixes, é possível recuperar informações das fases dos fatores de estrutura. Nas técnicas convencionais de difração de raios X, tais como método do pó e cristalografia de proteínas, esta informação de fase é perdida porque as intensidade difratadas individualmente são proporcionais unicamente ao módulo quadrado dos fatores de estrutura. Aqui descrevemos otimizações nos procedimentos de coleta e análise de dados para melhor extrair as informações de fase disponíveis nos perfis de interferência das difrações de três feixes. Além disso, o procedimento de análise é adptado para viabilizar medidas ultra precisas de parâmetros de rede, e dai aplicado para inspecionar tensões superficiais em dispositivos nanoestruturados com pontos quânticos cobertos.
Título em inglês
Applied X-ray physics in crystallography, nanotechnology, and ophthalmology.
Palavras-chave em inglês
Amorphous thin films
Biological tissues
Cataract
Crystalline materials (crystals)
Epitaxial layers
Eye lens
Nanostructured optoelectronic devices
Ophthalmology
Quantum dots
Semiconductor materials
Superlattices
Synchrotron radiation
X-ray diffraction
X-ray imaging
Resumo em inglês
In this thesis, the most relevant contributions on three distinct research lines are presented, covering more than 15 years of academic research in applied X-ray physics: I. HIBRID RECIPROCAL SPACE. Reciprocal space of single crystals provides a general description of how the crystalline lattices exchange momentum with an incoming X-ray beam. Epitaxy is a fundamental process to the technology of semiconductors allowing the growth of a crystalline lattice on top of another with different lattice parameter. The hybrid reciprocal space takes into account rescattering processes between both lattices. Understanding these rescattering processes lead to reliable and efficient characterization of structural properties of such materials. II. X-RAY IMAGING IN ADVANCED STUDIES OF OPHTHALMIC DISEASES. With the worldwide spreading of synchrotron facilities, started decades ago, exploiting radiation-matter interaction properties of hard X-rays for imaging techniques of biological tissues have become a very active field of research. However, a huge gap actually exists between the potential of the already developed imaging techniques and the synergy of this potential to other areas of knowledge. In this research, we make a bridge through this gap by showing how revealer synchrotron X-ray imaging can be for studying ophthalmic diseases, in particular the most common one which is the cataract. III. X-RAY PHYSICS IN CRYSTALLOGRAPHY AND NANOTECHNOLOGY. By exciting two Bragg reflections simultaneously, which is called three-beam diffraction; it is possible to retrieve information on structure-factor phases. In standard X-ray diffraction techniques, such as powder method and protein crystallography, this phase information is lost since single diffracted intensities are proportional only to the square modulus of the structure factors. Here we describe improvements in data collection and data analysis procedures for better exploiting the phase information available in the interference profiles of three-beam diffractions. Moreover, the data analysis procedure is extended for ultra-precise lattice parameter measurements, and hence applied to probe surface strain in nanostructured devices with buried quantum dots.
 
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Data de Publicação
2007-10-16
 
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