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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25434| Tipo de Documento: | Dissertação |
| Título: | Análise teórica das propriedades térmicas das matrizes de Y2O3, YF3 e Y7O6F9, dopadas com Nd3+ via modelagem computacional |
| Autor(es): | Oliveira, Renato Willy Vieira de |
| Data do documento: | 4-Fev-2026 |
| Orientador: | Valerio, Mário Ernesto Giroldo |
| Resumo: | Neste trabalho, foram aplicadas técnicas de modelagem computacional atomística clássica e estudo de teoria de campo cristalino para o caso das matrizes de óxido de ítrio (Y2O3), fluoreto de ítrio (YF3) e V-oxifluoreto de ítrio (Y7O6F9) dopadas com o íon lantanídeo de neodímio (Nd3+) sob a ótica de variações termométricas dentro da escala de temperatura de 273 K a 373 K cujas aplicações se baseiam em termometria na janela biológica. O estudo baseou-se, inicialmente, no modelo de potenciais interatômicos e o método de minimização da energia da rede. No conjunto de potenciais foi obtida, para simular as estruturas cristalinas abordadas, uma concordância acima de 97,9% para o Y7O6F9, 98,7% para o Y2O3 e 98% para o YF3 dentre as escalas térmicas propostas. A partir disso, a incorporação do íon Nd3+ foi realizada seguindo o método de Mott-Littleton, por meio de substituição isovalente, na qual o íon de neodímio substituirá diretamente o íon Y 3+ das matrizes. Para as redes de Y2O3 e Y7O6F9, foram avaliados os sítios de Y3+ com maiores probabilidades de incorporação do neodímio na matriz. Desses resultados, foi possível notar que o primeiro sítio de Y3+ (Y1) terá menor energia de solução na matriz de Y2O3, já para a matriz de Y7O6F9, os sítios de Y1 e Y2 possuem probabilidades semelhantes de incorporação do neodímio. O YF3 apresenta apenas um Y 3+ disponível. A partir do estudo de modelagem atomística, foi possível realizar cálculos de teoria de campo cristalino para as matrizes cristalinas abordadas. O cálculo realizado consiste em aplicações de dois modelos dispostos na literatura para buscar os resultados dos parâmetros de campo cristalino, os modelos PCEM e SOM. Nesses cálculos, foi possível notar a interação eletrostática em cada matriz, e, após isso, cálculos de forças de campo cristalino foram realizados. As forças de campo cristalino foram calculadas a partir dos invariantes rotacionais. Desses cálculos, foi possível definir os limites das esferas de coordenações espectroscopicamente ativas do neodímio em cada sítio nas três matrizes cristalinas. Partindo dos parâmetros de campo cristalino, foram calculados os níveis de energia do estado fundamental do Nd3+ , 4 I9/2, e do estado excitado, 4F3/2. Dos resultados obtidos para os níveis de energia, foi possível avaliar a sensibilidade térmica a partir da variação entre os níveis de energia do estado excitado correlacionando-os à estatística de Boltzmann. |
| Abstract: | In this work, classical atomistic computational modeling techniques and crystal field theory studies were applied to the case of yttrium oxide (Y2O3), yttrium fluoride (YF3), and yttrium Voxyfluoride (Y7O6F9) matrices doped with neodymium lanthanide ions (Nd3+) from the perspective of thermometric variations within the temperature range of 273 K to 373 K, whose applications are based on thermometry in the biological window. The study was initially based on the interatomic potential model and the lattice energy minimization method. For the set of potentials used to simulate the crystal structures studied, an agreement above 97.9% was obtained for Y7O6F9, 98.7% for Y2O3, and 98% for YF3 within the proposed thermal scales. From this, the incorporation of the Nd3+ ion was carried out following the Mott-Littleton method, through isovalent substitution, in which the neodymium ion directly replaces the Y3+ ion in the matrices. For the Y2O3 and Y7O6F9 lattices, the Y3+ sites with the highest probabilities of neodymium incorporation into the matrix were evaluated. From these results, it was possible to note that the first Y3+ site (Y1) will have the lowest solution energy in the Y2O3 matrix, while for the Y7O6F9 matrix, the Y1 and Y2 sites have similar probabilities of neodymium incorporation. YF3 has only one available Y3+. From the atomistic modeling study, it was possible to perform crystal field theory calculations for the crystalline matrices studied. The calculation performed consists of applying two models found in the literature to obtain the results of the crystal field parameters, the PCEM and SOM models. In these calculations, it was possible to observe the electrostatic interaction in each matrix, and, after that, calculations of crystal field forces were performed. Crystal field forces were calculated from the rotational invariants. From these calculations, it was possible to define the limits of the spectroscopically active coordination spheres of neodymium at each site in the three crystalline matrices. Starting from the crystal field parameters, the energy levels of the ground state of Nd3+ , 4 I9/2, and the excited state, 4F3/2, were calculated. From the results obtained for the energy levels, it was possible to evaluate the thermal sensitivity from the variation between the energy levels of the excited state, correlating them to Boltzmann statistics. |
| Palavras-chave: | Modelagem computacional Neodímio Variação térmica Matrizes cristalinas Parâmetros de campo cristalino Níveis de energia Computational modeling Neodymium Thermal variation Crystalline matrices Crystal field parameters Energy levels |
| área CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Agência de fomento: | Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE |
| Idioma: | por |
| Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
| Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Física |
| Citação: | OLIVEIRA, Renato Willy Vieira de. Análise teórica das propriedades térmicas das matrizes de Y2O3, YF3 e Y7O6F9, dopadas com Nd3+ via modelagem computacional. 2026. 148 f. Dissertação (Mestrado em Física) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026. |
| URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25434 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
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