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Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT

Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

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Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias -

MEFT

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Programa

-Apresentação da área científica (Pedro Brogueira)

-Apresentação dos centros de investigação

- CeFEMA (Pedro Sebastião)

- INESC-MN (Susana Cardoso)

- LATR (Eduardo Alves)

- C2TN (António Gonçalves)

-Apresentação dos tópicos de mestrado 2018/19

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Óptica e Lasers (1ºS) Fis

Física Nuclear (2ºS) Fis

Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis

Relatividade Geral e Cosmologia (2ºS) Fis

Física da Matéria Condensada (2ºS) Fis

Óptica e Lasers (1ºS) Eng

Tecnologia Nuclear e de Física de Partículas (2ºS) Eng

Instrumentação Óptica e Electrónica (1ºS) Eng

Tecnologia Energéticas (2ºS) Eng

Técnicas de Micro e Nanofabricação (2ºS) Eng

Física de Partículas (1ºS)

Física e Tecnologia dos Plasmas (1ºS)

Nanotecnologias e Nanoelectrónica (1ºS)

Astrofísica (1ºS)

Empreendedorismo, Inovação e Gestão de Ciência (1ºS)

Introdução à Investigação (1º / 2º S)

Projeto-MEFT (1º / 2º S)

Dissertação em Engenharia Física Tecnológica (1º / 2º S)

Perfil Física

Perfil de Engenharia Física

2º Ciclo

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Física dos Cristais Líquidos (2º S)

Eletrónica de Spin (2º S)

Métodos de Caracterização em Física de Estado Sólido (2º S)

Física e Tecnologia dos Semicondutores (2º S)

Complementos de Física da Matéria Condensada (2º S)

Laboratório de Física da Matéria Condensada (1º S)

RMN de Sistemas Parcialmente Ordenados (1º S)

Tópicos de Física da Matéria Condensada (1º S)

Física e Tecnologia dos Materiais Magnéticos (1º S)

Complementos de Eletrónica (1º S)

2º Ciclo – Opções FMCN

http://ephysics.tecnico.ulisboa.pt/cgi-bin/simuperfil.cgiSimulador:

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Exemplo 1: Sensores Magnéticos

Óptica e Lasers (1ºS) Eng

Tecnologia Nuclear e de Física de Partículas (2ºS) Eng

Instrumentação Óptica e Electrónica (1ºS) Eng

Técnicas de Micro e Nanofabricação (2ºS) Eng

Física e Tecnologia dos Plasmas (1ºS)

Nanotecnologias e Nanoelectrónica (1ºS)

Astrofísica (1ºS)

Empreendedorismo, Inovação e Gestão de Ciência (1ºS)

Introdução à Investigação (1º / 2º S)

Projeto-MEFT (1º / 2º S)

Dissertação em Engenharia Física Tecnológica (1º / 2º S)Eletrónica de Spin (2º S)

Métodos de Caracterização em Física de Estado Sólido (2º S)

Tópicos de Física da Matéria Condensada (1º S)

Física e Tecnologia dos Materiais Magnéticos (1º S)

Laboratório de Física da Matéria Condensada (1º S)

http://ephysics.tecnico.ulisboa.pt/cgi-bin/simuperfil.cgi

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Cristais Liquidos

Física e Tecnologia dos Plasmas (1ºS)

Nanotecnologias e Nanoelectrónica (1ºS)

Astrofísica (1ºS)

Empreendedorismo, Inovação e Gestão de Ciência (1ºS)

Introdução à Investigação (1º / 2º S)

Projeto-MEFT (1º / 2º S)

Dissertação em Engenharia Física Tecnológica (1º / 2º S)

Laboratório de Física da Matéria Condensada (1º S)

Física dos Cristais Líquidos (2º S)

RMN de Sistemas Parcialmente Ordenados (1º S)

Óptica e Lasers (1ºS) Fis

Física Nuclear (2ºS) Fis

Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis

Física da Matéria Condensada (2ºS) Fis

Instrumentação Óptica e Electrónica (1ºS) Eng

Técnicas de Micro e Nanofabricação (2ºS) Eng

http://ephysics.tecnico.ulisboa.pt/cgi-bin/simuperfil.cgi

Page 7: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Semicondutores

Óptica e Lasers (1ºS) Eng

Instrumentação Óptica e Electrónica (1ºS) Eng

Técnicas de Micro e Nanofabricação (2ºS) Eng

Física e Tecnologia dos Plasmas (1ºS)

Nanotecnologias e Nanoelectrónica (1ºS)

Astrofísica (1ºS)

Empreendedorismo, Inovação e Gestão de Ciência (1ºS)

Introdução à Investigação (1º / 2º S)

Projeto-MEFT (1º / 2º S)

Dissertação em Engenharia Física Tecnológica (1º / 2º S)

Métodos de Caracterização em Física de Estado Sólido (2º S)

Tópicos de Física da Matéria Condensada (1º S)

Laboratório de Física da Matéria Condensada (1º S)

Física e Tecnologia dos Semicondutores (2º S)

Tecnologia Energéticas (2ºS) Eng

Energia Solar Fotovoltaica (MEGE, 1º S)

http://ephysics.tecnico.ulisboa.pt/cgi-bin/simuperfil.cgi

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Teoria

Física e Tecnologia dos Plasmas (1ºS)

Nanotecnologias e Nanoelectrónica (1ºS)

Astrofísica (1ºS)

Introdução à Investigação (1º / 2º S) Projeto-MEFT (1º / 2º S)

Dissertação em Engenharia Física Tecnológica (1º / 2º S)

Física dos Cristais Líquidos (2º S)

Teoria de Campo (1º S)

Física Nuclear (2ºS) Fis

Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis

Física da Matéria Condensada (2ºS) Fis

Física de Partículas (1ºS)

Relatividade Geral e Cosmologia (2ºS) Fis

Complementos de Física da Matéria Condensada (2º S)

Física e Tecnologia dos Materiais Magnéticos (1º S)

Tópicos de Física da Matéria Condensada (1º S)

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Unidades de Investigação

Research Units

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CeFEMACenter of Physics and Engineering of Advanced Materials

CFNMRS Complex Fluid, NMR and Surfaces Group

LASYP Laser-Assisted Synthesis and Processing Group

MemChemMembrane, Chemical and Electrochemical

Processes Group

NanoMatterMultiscale Nanostructured Materials Group

TheorPhys Theoretical Physics Group

Groups contribute to three

interdisciplinary

Thematic Lines:

Fundamental Physics

Applied Physics and Nanotechnology

Engineering of Advanced Materials and

Processes

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dense & condensed

systems

spintronics

informationtheory

far from equilibrium

confinement &

decay

new phases of matter

differential geometry

resonances & bound states

CeFEMACenter of Physics and Engineering of Advanced Materials

CFNMRS Complex Fluid, NMR and Surfaces Group

LASYP Laser-Assisted Synthesis and Processing Group

MemChemMembrane, Chemical and Electrochemical

Processes Group

NanoMatterMultiscale Nanostructured Materials Group

TheorPhysTheoretical Physics Group

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Fundamental Physics, Applied Physics and Nanotechnology, Advanced Materials Engineering and Processes

Complex Fluids, NMR and Surfaces Group (CFNMRS)

- Investigation of physical properties of soft matter

- Opto-electronic thin films and devices (TFT, solar cells…)

- Low dimensional nanostructures (nanorods, nanowires…)

Labs: NMR; XRD; Electro-optics; AFM; Thin films deposition (PECVD, PERTE, PLD, CVD) and characterization.

Liquid Crystals

NMR Lab ZnO Nanowires Thin films deposition systems

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António Ferraz Carlos R.

Cruz

João L.

FigueirinhasPedro J.

Sebastião

Ana Branquinho

de Amaral

Pedro

Brogueira

Reinhard

Schwarz

Miguel A. N.

Araújo

Eduardo V.

Castro

Pedro J.G.

Ribeiro

Pedro D.

Sacramento

Vitor Rocha

Vieira

People associated to MEFT

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Thin films &

Advanced materials

AlO

xA

lOx

Ru

Ru

Al

30

00

Å

Bu

ffer

Ta 9

NiF

e50

Å

Mn

Ir80

Å

NiF

e25

Å

Al

9 +

Ox

Ta 3

Pin

ned

Hig

h b

lock

ing T

Week

ly p

inn

ed

Low

blo

ck

ing T

NiF

e25

Å

Al

9 +

Ox

Co

FeB

40

Å

Mn

Ir25

Ru

Co

FeB

30

Å

Mn

Ir25

Pin

ned

Hig

h b

lock

ing T

Co

FeB

30

Å

Co

FeB

30

Å

Co

FeB

30

Å

Ru

Co

FeB

40

Å

250

ÅT

herm

al

Barrie

r

-GeS

bT

e

TiW

N2

15

TiW

N2

15

TiWN2

MnIr

MnIr

MnIr

GeSbTe

RE

FE

RE

NC

E

ST

OR

AG

E

RE

FE

RE

NC

E

TiW

N2

15

TiW

N2

15

XXXXX

AlO

xA

lOx

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Ru

Al

30

00

Å

Bu

ffer

Ta 9

NiF

e50

Å

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Å

NiF

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Ta 3

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Å

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Å

Mn

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FeB

30

Å

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FeB

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Å

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FeB

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FeB

40

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250

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-GeS

bT

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TiW

N2

15

TiW

N2

15

TiWN2

MnIr

MnIr

MnIr

GeSbTe

RE

FE

RE

NC

E

ST

OR

AG

E

RE

FE

RE

NC

E

TiW

N2

15

TiW

N2

15

XXXXX

Micro and

NanofabricationClass 100/10 cleanroom (~200 m2)

Silicon backend processing for feature sizes down to 1.2 µm

Device minimum features: ~30nm

Wafer size up to 200 mm (8 inch)

Class 10,000 area for support equipment and film deposition laboratory (~150 m2 )

Laboratories for film and device characterization

Private research institute

Material and device characterization

Large area wafer fabrication (200 mm)

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Class 100/10 cleanroom (~200 m2)

Silicon backend processing for feature sizes down to 1.2 µm

Device minimum features: ~30nm

Wafer size up to 200 mm (8 inch)

Class 10,000 area for support equipment and film deposition laboratory (~150 m2 )

Laboratories for film and device characterization

Private research institute

Micro fluidic interfaces

Device integration

Bio-medical interfaces

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Advanced Spintronic devices

(GMR , TMR)

AlOx AlOx

RuRu

Al 3000 Å

Buffer

Ta 90Å

NiFe 50Å

MnIr 80Å

NiFe 25Å

Al 9 +Ox

Ta 30Å

Pinned

High blocking T

Weekly pinned

Low blocking TNiFe 25Å

Al 9 +OxCoFeB 40Å

MnIr 250Å

Ru 8Å

CoFeB 30Å

MnIr 250Å

Pinned

High blocking T

CoFeB 30Å

CoFeB 30Å

CoFeB 30Å

Ru 8ÅCoFeB 40Å

250ÅThermal Barrier

-GeSbTe

TiWN2 150Å

TiWN2 150Å

TiWN

2

MnIr

MnIr

MnIr

GeS

bTe

REFERENCE

STORAGE

REFERENCE

TiWN2 150Å

TiWN2 150Å

X

X

X

X

X

AlOx AlOx

RuRu

Al 3000 Å

Buffer

Ta 90Å

NiFe 50Å

MnIr 80Å

NiFe 25Å

Al 9 +Ox

Ta 30Å

Pinned

High blocking T

Weekly pinned

Low blocking TNiFe 25Å

Al 9 +OxCoFeB 40Å

MnIr 250Å

Ru 8Å

CoFeB 30Å

MnIr 250Å

Pinned

High blocking T

CoFeB 30Å

CoFeB 30Å

CoFeB 30Å

Ru 8ÅCoFeB 40Å

250ÅThermal Barrier

-GeSbTe

TiWN2 150Å

TiWN2 150Å

TiWN

2

MnIr

MnIr

MnIr

GeS

bTe

REFERENCE

STORAGE

REFERENCE

TiWN2 150Å

TiWN2 150Å

X

X

X

X

X

Thin film a-Si MEMSMicromagnetic Simulations

Technologies

50

n

m

Top contact

Al2O3 Free layer

Pinned layer

Bottom lead

Bottom lead

Nanofabrication sub-

100 nm integrated

devices

Magnetoresistive

Sensors

Integrated

photodiodes

Flexible Microfluidics

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Engineering skills are needed…

… also at a MACRO scale

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Ion Beam Laboratory (IBL)&

High Resolution X-Ray Diffraction (HRXRD)

Polo de Loures do IST

Laboratório de Aceleradores e Tecnologias de

Radiação

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Permanent Members

PostDoctoral Fellows

PhD Students

OUR TEAM

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Ion Beam Layout

VG: 1961 (1992); Implanter: 1993; Nuclear Microprobe: 1997; Tandem:

2006 Rutherford Backscatering Spectrometry (RBS), Elastic Backscatering Spectrometry (EBS),

Nuclear Reaction Analysis (NRA), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA),

Particle Induce x-Ray Emission (PIXE), Particle Induce Gamma Emission (PIGE),

Channelling, Ionluminescence (IL), Accelerator Mass Spetrometry (AMS)……

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Hotbird18 kW x-ray rotating anode (high intense beam)High resolution beam (Göbel mirror, 2xGe(440), 2xGe(444))In-situ high temperature measurements (up to 1200 ºC)

Bruker-AXS D8DiscoverHigh resolution goniometer (10-4 º)GID facility (in-planar direct measurements)GISAXS (for nanoparticles analysis)

X- Ray Laboratory

2001 2006

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Electrical Conductivity

Optical Absorption

Optical Reflectivity

Photoconductivity

Ionoluminescence

Case Studies: some examples

Study how the efficiency of

a LED structure is

affected by the irradiation

with light particles.

In-Situ

MeasurementEx-Situ Measurement

study the influence of the

ion irradiation in real-time

in nanostructures of

different materials.

Home Made

Setup

Electrical and Optical Characterization:

(under development and installed at CTN campus)

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Materials Processing

&Characterization:

Group III-Nitrides

Rare Earth

Implantation

Advanced Structural Characterization

K. Lorenz et al. PRL 97 (2006) 85501

G. Itskos et al. PRB 76 (2007) 035344

V. Darakchieva et al. APL 96 (2010)

081907

N. Catarino et al. EPL 97 (2012) 68004

A. Redondo-Cubero et al. Cryst. Eng.

Comm. 14 (2012) 1637

K. Lorenz et al. Acta Materialia 61 (2013)

3278

Activities:

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Solid State Group LTHMFL – Low Temperature and High Magnetic Field Laboratory

Manuel Almeida Laura Pereira

António Gonçalves J. C. Waerenborgh

Elsa Lopes

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Materials with unconventional electrical and magnetic properties

(Strongly Correlated Systems – Molecular or Intermetallic Compounds)

PREPARATION(Wet Chemistry and High Temperatures)

& CHARACTERISATION (Low Temperature and High Magnetic Fields)

LTHMFL – 4He/ 3He are currently available (0.3-400K and 0-18T).

• ELECTRICAL TRANSPORT measurements:

Broad range of temperature (0.3-400K) and magnetic fields (0-18T).

• MAGNETISATION measurements:– DC Extraction – AC-susceptibility– SQUID

•MÖSSBAUER spectroscopy.

Solid State Group LTHMFL – Low Temperature and High Magnetic Field Laboratory

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• VTI: 1.6 – 400 K; Magnet: 12 T

• Magnetic properties probe

• AC susceptibility: 210-8 emu in 1T; 10Hz–10kHz

DC extraction: 510-5 emu in 1T

Electrical properties probe

AC, DC Resistivity; Hall Effect; Critical Current

Thermal properties probe

Heat Capacity (relaxation technique)

Magnetic Facilities

• 1.5-320 K - Magnet: 6.5 T

• DC: 5x10-8 emu;

• AC: 1x10-8 emu; 0.01 - 500 Hz.

• 2 SQUID circuits: axial and transversal B components.

• 3He insert (0.3-2 K);

• Oven insert (300-650 K).

SQUID Magnetometer

Maglab 2000

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Two inserts :

1.6-300 K (4He flow)

0.3-300 K (3He cryostat)

Probes for magnetotransport (Resistivity, Magneto-

resistance, Hall effect ) measurements

Sample rotation stage (0.01º resolution.)

Electrical transport propertiesCryostat with 18T Magnet

30

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Mössbauer Sources:

- 57Fe

- 119Sn

- 151Eu

- Conversion electrons @ RT

- Transmission: 2-300 K - Transmission in field up to 5T absorber

4<T<20 K

31

Publications 2013 – 2018 50

Intermetallics 6

Ionic-Electronic conductor

oxides 15

Multifunctional Molecular

compounds 19

Environment 7

Ionic liquids for catalysis 3

Mössbauer Spectroscopy

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Master thesis in

Condensed Matter and Nanotechnology

Page 33: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Double Layered Molecular Metals

Electrical transport properties of

bilayer molecular metals down

to 0.3K and under magnetic fields

up to 18T.

Comparison with the predictions

based on the electronic structure

calculated from the crystal structure.

Master Thesis:

Double Layered Molecular Metals

Manuel Almeida

malmeida@ctn.

tecnico.ulisboa.pt

Eduardo Castro

eduardo.castro@

tecnico.ulisboa.pt

Page 34: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Nanostructured Superconducting Rare Earth Carbides

-Y2C3 and YC2 nanograined fibers;

-Tuning of grain size;

-Nano confinement of Cooper

pairs and flux;

-Effect on superconducting

properties;

-Relation with structural and

electronic features;

Master Thesis:

Strongly Correlated Systems

Laura Pereira

[email protected]

Antonio Gonçalves

[email protected]

Pedro [email protected]

Miguel Araú[email protected]

Page 35: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Magnetic Properties of FeTe1-x-ySexSy topological superconductors

-Mössbauer spectroscopy;

-Electrical resistivity:

-Magnetic susceptibility;

-Transition temperature;

-FeTe1-x-ySexSy

(single crystals?);

-Chemical pressure;

-Disorder;

-Lattice distortion;

UC name:

Semestre:

J.C. [email protected]

Master Thesis: Strongly Correlated Systems

Antonio Gonçalves

[email protected]

Laura Pereira

[email protected]

Elsa Lopes

[email protected]

Pedro [email protected]

Miguel Araú[email protected]

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Topic 1PLD (Pulsed Laser Deposition) of ZnO

Deposition of single layers and ZnO

nanowires by Nd:YAG laser system.

Deposition of p-n diodes on p-type GaN

substrates.

Transient photocurrent spectroscopy.

Master Thesis 1: Pulsed Laser Deposition of ZnOMaster Thesis 2: Supercapacitors with Ferroelectrics

Reinhard SchwarzCeFEMA, IST

Pedro SanguinoCeFEMA, IST

[email protected]

Topic 2Supercapacitors with Ferroelectrics

Deposition of NKN layers at 600 oC by

PLD.

Fabrication of plane capacitors of NKN.

Limits of grain size, thickness and

dielectric constant in NKN supercapacitors.

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Group-III Nitrides, Ga2O3, MoO3: Structural, electro-optical characterization and devices

- Characterizing twist and tilt in GaN nanowires

- BInGaN for efficient LEDs

- Radiation sensors and biological sensors

- Characterizing irradiation effects in WBG semiconductors

Master Thesis: Wide bandgap (WBG) semiconductors hetero- and nanostructures

[email protected]

Katharina LorenzLATR, INESC-MN

Sérgio MagalhãesLATR, IPFN70 nm

Rodrigo MateusLATR, IPFN

Marco PeresLATR, IPFN

Susana FreitasINESC-MN

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Topic: why Implantation on nitrides?

Al 0

.5G

a0.5N

Al 2

O3-c

implanted

Implantation can change mechanical, electrical, optical properties of materials

Ar+ beam energy varying between 50 keV and 250 keV reaches depths

between 60 nm and 220 nm

EAr+=50 keV EAr+=250 keV

~ 60 nm ~ 220 nm

Al0.5Ga0.5N Al0.5Ga0.5N

~ 300 nm

species

Profile of implanted species follows Gaussian distribution with depth

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Topic: Effect of Ar (argon) implantation energy and angle on the diffraction

pattern of nitrides

Sérgio Magalhães. LATR, IPFN

[email protected]

Katharina Lorenz, LATR, INESC-MN,IPFN.

[email protected]

Reinhard Schwarz, CeFEMA, IST

[email protected]

Systematic study to determine how x-ray diffraction measurements can be

interpreted with increasing Ar implantation – 4 samples implanted with

different Ar fluences

Use of software developed @ CTN, IPFN (MROX – Multiple Reflection

Optimization package for X-ray diffraction) to simulate the x-ray diffraction

measurements

MROX layout showing the simulation of 2 layers with the same deformation but

Different thicknesses. The substrate is sapphire.

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Structural and compositional characterization of different single crystals of Ga2O3 intentionally doped with different concentrations of Cr

In this task, X-ray diffraction, RBS and PIXE will be

used to analyze the structural quality and study the Cr

local environment

Optical and electrical characterizationIn this task characterization by Iono-luminescence,

Photo-luminescence and I-V curves will be done to:

Development and characterization of Ga2O3 doped with Cr for radiation detectors

[email protected]

Katharina LorenzLATR, INESC-MN

[email protected]

Marco PeresLATR, IPFN

• understand the

influence of the

different defects

promoted by the

irradiation with alphas

and protons on the

optical and electrical

properties Ga2O3 Iono-luminescence

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Structural and compositional characterization X-ray diffraction, RBS and PIXE will be used to analyze the structural quality.

Optical and electrical characterizationCharacterization by Iono-luminescence, Photoconductivity and I-V curve

Master Thesis: Humidity sensors based on MoO3: study transduction on the atomistic scale

[email protected]

Katharina LorenzLATR, INESC-MN

Understand the influence of

water defects on the

optical and electrical

[email protected]

Guilherme Correia, C2TN, CTN

Nanoscopic characterization ofH2O interacting with MoO3

Using specific nuclear radioactive techniques

that provide the signature of the

defect configurations.

Density Functional Theory will be used to interpret and discuss the results

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Vitor R. VieiraCeFEMA, IST

Out-of-equilibrium and Strong correlations

Path integral construction with generalized coherent states

Path integral formulation for fermionic systems with generalized coherent states.

Pedro BicudoCeFEMA, IST

Graphene with a Z2 gauge field

A study of a Z2 gauge theory on a honeycomb lattice coupled to matter fields

Tomaz ProsenU. Ljubljana

Dissipation and decoherence for generic open quantum systems

Spectral and steady-state properties of random Liouvillian operators

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

Nuno CardosoCeFEMA, IST

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[email protected]

Out-of-equilibrium and Strong correlations

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

Miguel Araujo, CeFEMA, UEvora

Joaquin F. RossierINL, BragaU. Alicante

Theory of quantum control of surface spins

Understand and model spin physics of magnetic adatoms, such as Fe, Cu and Ti, on a surface of MgO

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

Magnetic and superconducting phases in degenerate Weyl/Dirac nodal loops.

- superconductivity: topological gap ?- magnetic+superconducting order ? - relation to symmetry properties of loops

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[email protected]

NMR Study of Molecular Dynamics in Ionic Liquids and other salts based systems, and in Liquid crystals

Measurement of spin-lattice relaxation

time as function of frequency and

temperature. Model fitting of relaxation

data and estimate of different physical

parameters of the systems, ex: Dtr Drot

Development of Fast Field Cycling NMR spectrometers- Magnet

- Power supply

- Radio-frequency systems

- Data acquisition

- System integration

- Destination: UFRJ Brasil

Pedro José Sebastião, Carlos Cruz, João FigueirinhasCeFEMA, IST

Duarte SousaINESC ID, IST

Master Thesis: Molecular motions in Soft Matter

NMR Relaxometry

Pedro José SebastiãoCeFEMA, IST

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UC name:

Semestre: Master Thesis: Scanning Probe Microscopy (SPM)

Development of an integrated,

open-access, data acquisition and

control system for SPM

It is now relatively easy to build

an SPM. Image processing

software is also freely available.

An open-acess control system

concept is needed to close a gap

and allow laboratories for

developing new experiments.

This concept (software and

hardware schematics) will be

freely available in a dedicated

web site.

Pedro [email protected]

luis.melo

@tecnico.ulisboa.pt

Luis Melo

Page 46: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

UC name:

Semestre: Master Thesis: Scanning Probe Microscopy (SPM)

Use of cantilevers in low Q

conditions for directional

detection of mechanical waves in

fluids

A system will be developed

using the directional nature of

the movement of

microcantilevers for the

determination of the direction of

propagation of mechanical

waves in fluids, for navigation

purposes in underwater robots

(with the support of ISR).

Pedro [email protected]

luis.melo

@tecnico.ulisboa.pt

Luis Melo

Page 47: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

UC name:

Semestre: Master Thesis: Scanning Probe Microscopy (SPM)

Determination of local thermal

conductivity by Scanning Probe

Microscopy (SPM)

Study local thermal conductivity

of different conductive thin films

of different thickness and grain

Pedro [email protected]

luis.melo

@tecnico.ulisboa.pt

Luis Melo

Study of Eukariotic Cells by

Atomic Force Microscopy

Study the surface properties of

eukariotic cells by atomic force

microscopy (with the

collaboration of Prof. Helena

Soares lab at FCUL)

Page 48: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Master Thesis: Control and data acquisition for a X-ray diffractometer;Characterization of new pharmaceutical drugs.

[email protected]

[email protected]

q2qX-rays source

m101054,1

Detector+electronics

USB

Data

acquisition

system

Oven + sample

Temperature controller

X-ray characterization of new pharmaceutical drugs withdiverse functionalities based on cocrystals and co-amorphous systems obtained from collaboration withUniversity of Porto.

Development of a control and data acquisition system and driving and processing software for a X-ray powder diffractometer based on a gas detector;

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Thin film nanodevices

Understanding the physical

mechanisms for film growth

and magnetic and transport in

magnetoresistive nanodevices

Master Thesis

Advanced micro devices

Plasmas in material processing

(thin film deposition and

device patterning)

Microfluidic devices

Susana Freitas

José Luís Martins

[email protected]

Diana Leitão

[email protected]

Ana Silva

[email protected]

[email protected]

Vânia Silvério

Rita Macedo

[email protected]

Page 50: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Metrology and

characterization

Data acquisition setups

Instrumentation

Wafer metrology

Master Thesis

Susana [email protected]

External

collaborations

Microsystems

Biochips

Biophysics/Biomedical

Industrial applications

Rita Macedo

[email protected]

Diana Leitão

[email protected]

[email protected]

Page 51: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

MicroElectronics

Sensors for Robotics

Novel sensors for

robotics

InstrumentationSusana [email protected]

Master Thesis

Susana [email protected]

Jorge Fernandes

Alexandre

Bernardino

Page 52: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Biomedical applications

Susana [email protected]

Master Thesis

Sofia Martinssmartins@

inesc-mn.pt

Verónica Romã[email protected]

[email protected]

Vânia Silvério

Lab-on-a-chip devices

Neurosciences

Instrumentation

10

0

mm

Page 53: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Simulation of Nanodevices

Understanding the physical

mechanisms for film growth

and magnetic and transport in

magnetoresistive nanodevices

Master Thesis

New tools for local probing at

nanoscale

Develop a new localized

characterization tool for

sensing nanodevices using

magnetic noise

measurements.

Diana Leitão

[email protected]

Ana Silva

[email protected]

Page 54: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Single Crystal Photosensors

Develop photosensors with

built-in optical trapping, for

efficient and compact

photodiode arrays for light

sensors or solar cells.

Master Thesis

Diana Leitão

[email protected]

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Antibacterial textiles

Control nanoscale materials

and structures, leading to

tunable toxicity to exploit the

biological activity as a

therapeutic treatment or as

antimicrobial textiles.

Master Thesis: Smart Textiles

Helena Alves

Insert here

advisor 1

photo

E-textiles

Signal Processing and Machine

Learning techniques, combined

with device engineering

compatible with textiles, will be

used to assemble fully integrated

textile sensors for clinical

assesment and stress

evaluation.

Insert here

photo/schematics

illustrating topic 1

Insert here

photo/schematics

illustrating topic 2

CICECO, IST

CICECO,

[email protected]

Helena Alves Ana Fred

IT, IST

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Application of the optically active coatings to plasmonic devices.

The incorporated nanostructured super-thin gold layer serves not only as a crystallization promotor but also as a light scattering element due to localized surface plasmons.

Master Thesis:

Indium oxide electrodes for plasmonic thin-film devices

Growth of nanocrystalline indium oxide films by gold induced crystallization

Study of the film structure and morphology using XRD, SEM, and AFM techniques. The electrical and optical properties will be determined from the Hall effect and R&T measurements.

a-Si:H

Metal

AuITO

p

i

n

Light

Plasmonic Solar Cell

Guilherme LavaredaFCT/UNL & CTS

Yuri VygranenkoCTS-UNINOVA

C. Nunes de CarvalhoFCT/UNL &CeFEMA

Ana AmaralDF/IST & CeFEMA

Pedro BrogueiraDF/IST & CeFEMA

[email protected]

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The use of graphene sheets as highly-transparent electrodes in the a-Si:H photodiodes

[email protected]

The PECVD technique will be used to produce a-Si:H films, while the Raman spectroscopy along with electrical measurements will be used to evaluate the quality of the graphene/a-Si:Hinterface. Guilherme Lavareda

FCT/UNL & CTSYuri VygranenkoCTS-UNINOVA

C. Nunes de CarvalhoFCT/UNL &CeFEMA

Ana AmaralDF/IST & CeFEMA

Pedro BrogueiraDF/IST & CeFEMA

Master Thesis:

Amorphous silicon photodiodes with graphene electrodes

Development of graphene/a-Si:H interfaces for device applications

The photodiode performance will be evaluated from current-voltage and spectral-response characteristics. Electrical and optical properties of the doped and undoped a-Si:H layers will be also analysed.

Page 58: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

The End

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Unidades Curriculares

Courses in Condensed Matter and Nanotechnology

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Microfabrication techniques

UC name: Micro and Nanofabrication techniques

Semester: 2

[email protected] [email protected]

Methods for micro-nanostructure fabrication.

Thin film deposition

Lithography techniques

Additive and subtractive

strategies for device patterning.

Vacuum technologies

Requirements for industry

Experimental laboratories

Clean Room class 10/100

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Magnetic thin films.

Spintronic devices: the hard disk, magnetic non volatile

memories (MRAM), magnetoresistive sensors.

Nanoparticle manipulation using electrical and/or

magnetic fields: magnetophoresis, dielectrophoresis.

Neuroelectronics. Information transmission in neurons.

Micro and nano electrodes for transcranial implants.

Memristor devices and

neuromorphic computation.

Organic electronics.

Liquid crystals and displays.

UC name: Nanotechnologies and Nanoelectronics

Semester: 1

sfreitas@inesc-

mn.pt

Materials, physical principles and technological

integration

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Ferromagnetism in 3d transition metals.

The Stoner criterion for itinerant

ferromagnetism.

Magnetocrystalline anisotropy. Magnetic

domains and domain walls

Anisotropic magnetoresistance, giant

magnetoresistance, tunneling

magnetoresistance.

Magnetic data storage. The hard disk.

Magnetic thin film media

MRAM memories. Thermally assisted

writing

or spin transfer writing.

Nano-oscillators and spin transfer effects

in nano-contacts.

UC name: Spintronics

Semester: 2

[email protected]

eVEF

0EF

F1 F2

Insulator

[email protected]

Magnetotransport and applications

Page 63: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Fundamentals, materials, applications and

characterization

UC name: Física e tecnologia dos Materiais

magnéticos

Semestre: 1

Magnetism in materials: basic conceps, microscopic

origin of magnetismm types of interaction among

magnetic moments, mean-field approach

Magnetic structures: PM, DM, FM, AFM, FERRI and

helimagnetisme; spin-glass materials

Magnetic Anisotropy, magnetic domains,

demagnetizing effects; Hysteresis cycles

Nanoscale Magnetism: thin-films, nanowires,

nanoparticles

Materials growth: bulk and structures materials

Technological applications: circuits, motors,

microsystems, refrigeration, pressure detection,

magnonics

Characterization Techniques: magnetometry, MOKE,

intense fields, imagiology, MFM

[email protected]@inesc-mn.pt

Page 64: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

UC name: Microfluidica (3rd cycle)

Semestre: 1

[email protected]@inesc-mn.pt

Confined fluids at microscale: physical principles

Control and Manipulations of microfluids:

channels design, mixtures, valves, stress,

focusing

Applications of Microfluids: integrated cooling

systems, biomedical devices

Fabrication and integration of on-chip

microfluidic structures

Fundamentals and applications

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Material processing and characterization techniques

UC name: Métodos de Caracterização em

Semestre: 2 Fisica do Estado Sólido

[email protected]

Técnicas de caracterização de materiais, métodos e

preparação de amostras. Introdução às tecnologias de

vácuo.

Princípios e técnicas de microscopia: óptica, eletrónica de

varrimento e eletrónica de transmissão.

Caracterização elétrica, óptica e magnética de materiais.

Caracterização de materiais com feixes de iões.

Caracterização de materiais com métodos de ressonância

Técnicas de caracterização de materiais em condições

extremas de temperatura, pressão, frequência, campo

magnético, vibração mecânica ou ruído eletromagnético.

Sistemas de imagem para caracterização de filmes finos e

nanoestruturas.

Técnicas de varrimento com sonda, microscopia de força

atómica, microscopia de força magnética.

Page 66: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Introduction to the Physics of Liquid Crystals -Mesogenic materials: thermotropic and liotropic LCs.

-LC polymorphism: nematics and smectics.

-Orientational order: nematic order parameter, anisotropic properties.

-Statistical models and phase transitions: Maier –Saupe and Onsager.

-Orientational elasticity : Frank free energy and elastic constants.

-Electro-optical devices: TN-cell, STN-cell, PDLC-cell.

-Structural analysis of LCs by X-ray diffraction.

-NMR characterization of orientational order and molecular dynamics in LCs..

UC name: Physics of Liquid Crystals

Semestre: 2nd

Nematic LC

TN cell

João FigueirinhasCeFEMA, IST

[email protected]

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Starting from the fundaments of Quantum Mechanics for

electrons in materials, it is possible to build simpler methods that

keep the essence of the Physics as a starting point for Statistical

Physics models to reveal the emergent properties of materials

and the transitions between their phases.

In this course you will study:

- The properties of electrons in materials

- Formation of bands in crystals

- Effects of electron-electron interaction

- The role of symmetry

- The role of the thermodynamic limit

- Scaling laws and critical exponents

- Model systems and their ordered phases

- Renormalization group ideas

Complementos de Física da Matéria Condensada (2ºsemestre)

Pedro RibeiroCeFEMA, IST

[email protected]

José Luís MartinsINESC-MN, IST

[email protected]

Page 68: Física da Matéria Condensada e Nanotecnologias - MEFT · Óptica e Lasers (1ºS) Fis Física Nuclear (2ºS) Fis Complementos de Mecânica Quântica (1ºS) Fis Relatividade Geral

Development of expertise in the use of different experimental techniques to study different condensed matter systems

Perform experimental works within the context of ongoing research activity in one of the research groups collaborating with LFMC1 -Nuclear Magnetic Resonance. Polarizing Optic Microscopy, X ray diffraction (CeFEMA)2- AFM Techniques, Raman Spectroscopy (CeFEMA)

3- Thin films, nanowires (CeFEMA)3- Nanotechnology (INESC-MN)4- …(CTN)

The students are invited to remember previous knowledge on the subjects and to learn new skills useful for their training in Physics and promote the self-learning through autonomous research activity. The syllabus of this curricular unit also aims at promoting a quantitative analysis and interpretation of the experimental results, through model fitting.

Laboratório de Física da Matéria Condensada

(1ºsemestre)

Pedro José SebastiãoCeFEMA, IST

[email protected]

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Modification of materials by ion beams and their advanced characterisation

UC name: Caracterização Avançada de Materiais Funcionais

Semestre: 1

[email protected]

[email protected]

Ion beam processing (doping, implant isolation, nanopatterning)

Ion-matter interactions

Advanced characterization by nuclear and conventional techniques (ion beam analysis and X-ray techniques, electro-optical characterization)

Ion Beam and X-Ray Laboratories at CTN

Reinhard SchwarzCeFEMA

Katharina LorenzLATR, IPFN

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Materials used in radiation environment

UC name: Ciência dos Materiais para o Nuclear

Semestre: 1

[email protected]

Radiation environments(fission and fusion reactors, space, irradiation facilities)

Ion-matter interactions

Radiation effects in metals, ceramics, electronics

Characterization of irradiation effects(ion beam analysis and X-ray techniques)

Monte Carlo simulations of radiation effects

Katharina LorenzLATR, INESC-MN

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You will learn three things in this option course:

1. Optical and electronic properties of the essential semiconductor materials Si, GaAs and GaN.

2. Technology and operation of diodes and transistors, actually homo-

and heterodiodes, high-power npn transistors, and pico-Ampere-sized

MOSFETs.

3. LEDs and semiconductor lasers in all their colours.

4. The first transistor Blue LEDs My favourite application

Physcis and Technology of Semiconductors (FTS)

Reinhard SchwarzCeFEMA, IST

[email protected]

[email protected]

Katharina LorenzLATR, INESC-MN