Apresentamos aqui resultados de propriedades eletrônicas relacionadas à defeitos complexos em GaAs. Os cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica foram feitos usando o método do espalhamento múltiplo X a junto com o modelo do aglomerado molecular e com os orbitais de superfície saturados com a esfera de Watson. / We repor! resu/ts for e/ectronic properties related to complex defects in GaAs. The self-consistent-fie/d electronic structure ca/culations were performed by using the multiplescattering X a method within framework of Watson-sphere-terminated molecular cluster model. We have simulated, first, the electronic states of the 26-atom clusters: 26Td/1As (tetrahedral interstitial As centered cluster), 26Td/1Ga (tetrahedral interslitial Ga cenlered clusle!) and 26C3v (trigonal cluster centered in the middle of a Ga-As bond).

Calculamos a estrutura eletrônica de heteroestruturas semicondutoras III-V e II-VI na aproximação da função envelope, usando o método k.p, na presença de campos elétricos e magnéticos externos. Para isso desenvolvemos um método numérico baseado na técnica das diferenças finitas e no método da potência inversa para resolvermos a equação de massa efetiva. As principais características desse método são a estabilidade, a rápida convergência e a possibilidade de calcular os estados ligados de poços quânticos com formas arbitrárias na presença de campos elétricos e magnéticos. Investigamos inicialmente o tunelamento ressonante de portadores em um poço quântico duplo assimétrico de GaAs/GaAlAs na presença de um campo elétrico aplicado na direção de crescimento e de um campo magnético aplicado no plano perpendicular. Mostramos como as relações de dispersão de um poço quântico simples podem ser obtidas experimentalmente da curva do campo elétrico versus campo magnético ressonante e como, para determinadas intensidades desses campos, podemos colocar os estados eletrônicos e de buracos em ressonância simultaneamente, isto é, mostramos a possibilidade de termos o tunelamento ressonante de éxcitons. Investigamos também o tunelamento ressonante de portadores em um poço quântico duplo assimétrico de CdTe/CdMnTe na presença de um campo elétrico e de um campo magnético aplicados na direção de crescimento. Mostramos então como podemos obter o tunelamento ressonante de elétrons, buracos e também de éxcitons. Outro problema estudado foi a anisotropia do efeito Zeeman com a direção do campo magnético aplicado em um poço quântico simples de CdTe/CdMnTe. Calculamos os níveis de energia e as transições eletrônicas desse sistema em função da intensidade e da direção do campo magnético. Em todos os casos fazemos uma comparação dos nossos resultados com dados experimentais apresentados na literatura. / The electronic structure of III-V and II-VI semiconductor heterostructures has been calculated in the envelope function approximation using the k.p method in the presence of external electric and magnetic fields. A numerical method based on the technique of the finite differences and in the inverse power method has been developed to solve the effective-mass equation. The main features of this method are stability, fast convergence and ability to calculate bound states of quantum wells with arbitrary shapes including electric and magnetic fields. We investigate the resonant tunneling of carriers in an GaAs/GaAlAs asymmetric double quantum well in the presence of an electric field applied in the growth direction and a magnetic field applied in the perpendicular plane. We show how the dispersion relation of a quantum well can be experimentally determined from the electric versus resonant magnetic fields curves. For certain intensities of these fields, we can make both electrons and holes resonate simultaneously, which leads to resonant tunneling of excitons. The resonant tunneling of carriers has also been investigated in a CdTe/CdMnTe asymmetric double quantum well in the presence of an electric field and a magnetic field applied both in the growth direction. For this system we show that how we can obtain resonant tunneling of electrons, holes and excitons. Finally, we have studied the anisotropy of the Zeeman Effect as a function of the direction of the magnetic field for a CdTe/CdMnTe quantum well. We calculated the energy levels and the electronic transitions of this system as a function of the intensity and the direction of the magnetic field. In all the cases we compare our results with available experimental data.

Neste trabalho, utilizamos o método RS-LMTO-ASA (Real Space-Linear Muffin Tin Orbitals-Atomic Sphere Approximation) para estudar estrutura eletrônica em torno de vacâncias em Al e Cu. Calculamos também o gradiente de campo elétrico (GCE) no núcleo, para átomos vizinhos às vacâncias e divacâncias. Nossos resultados estão em boa concordância com os experimentais, quando existentes. Cálculos de GCE são de grande interesse experimental, pois através de comparações com resultados teóricos, é possível identificar com mais segurança o defeito medido no material, ou seja, se o sinal vem de uma monovacância, divacância, ou qualquer outro defeito. O RS-LMTO-ASA, baseado no formalismo LMTO-ASA e no método de recorrência, vem sendo desenvolvido por nosso grupo no IFUSP com o objetivo de tratar metais de estrutura complexa, seja devido ao grande número de átomos por cela, seja devido à quebra de periodicidade, como no caso de amorfos, vacâncias, impurezas, etc. Neste trabalho, o RS-LMTO-ASA, até agora aplicado a metais de transição, é utilizado no estudo de um metal simples, o Al. Também, pela primeira vez, a esfera vazia é utilizada num tratamento de espaço direto. Esta experiência será aproveitada no futuro para tratar outros sistemas, onde a esfera vazia seja útil. / In this work, the RS-LMTO-ASA (Real Space Linear Muffin Tin Orbitals Atomic Sphere Approximation) method has been applied to obtain the EFG (Electric Field Gradient) at the neighborhood of vacancies in Al and Cu. The RS-LMTO-ASA is based on the LMTO-ASA formalism and the recursion method, and it has been applied to obtain the electronic structure of complex metallic systems. We have improved the method to perform calculations id the direct space on systems with empty spheres. The results are in good agreement with experimental ones. They are useful to classify several kinds of defects, which are not directly identified by experimental measures, and understand their physical properties.

É apresentado um estudo da estrutura eletrônica e de processos de espalhamento em super-redes semicondutoras degeneradas. Os processos de espalhamento foram estudados em termos do seu efeito sobre os fenômenos magneto-oscilatórios (em particular, o efeito Shubnikov-de Haas), tanto no aspecto teórico como no experimental. Foi desenvolvida uma metodologia que permite a extração dos parâmetros fundamentais para super-redes -dopadas (o período d, a densidade de dopagem por período, N IND.d, e a espessura das camadas dopadas IND.d) com base em medidas de Shubnikov-de Haas (SdH) com o campo magnético aplicado paralelamente aos eixos de crescimento das super-redes e em medidas de Capacitância-Voltagem(CV). Foi demonstrado que os períodos de oscilação CV correspondem aos períodos de dopagern d. A partir da transformada de Fourier das oscilações de SdH são obtidas as áreas extremas da superfície de Fermi que, via a estrutura eletrônica calculada, fornecem os demais parâmetros N IND.d e IND.d. As oscilações de SdH devidas a cada uma das minibandas populadas foram isoladas do restante do espectro através de técnicas de transformada de Fourier. A partir de um modelo desenvolvido recentemente, o qual inclui a estrutura eletrônica das super-redes na forma de linha das oscilações de SdR, as mobilidades quânticas associadas aos tempos de meia vida no nível de Fermi nas várias minibandas eletrônicas foram determinadas. Os estudos foram efetuados em função do período da super-rede, os quais determinam o grau de acoplamento entre poços vizinhos. Uma posterior comparação das mobilidades quânticas obtidas a partir do espectro de SdH com a teoria Random Phase Approximation (RPA) desenvolvida para o espalhamento por centros coulombianos blindados em sistemas periodicamente -dopados, com espessura das camadas dopadas praticamente nula, mostrou um acordo bastante bom. Adicionalmente, cálculos teóricos em sistemas -dopados indicam que as mobilidades quântica e de transporte são sensíveis à espessura e distribuição espacial da camada dopada e à concentração de aceitadores residuais em sistemas realísticos, Também foram efetuados cálculos teóricos para as mobilidades quântica e de transporte em estruturas E-dopadas submetidas à aplicação de um potencial externo as quais mostram que, no estado atual da teoria na literatura para sistemas com múltiplas subbandas, a teoria RPA é aquela de escolha para a descrição dos fenômenos de espalhamento por impurezas ionizadas em sistemas bi-dimensionais. Por fim, alguns tópicos que abordam a obtenção das mobilidades de transporte em sistemas -dopados são discutidos. / It is presented a study of the electronic structure and scattering processes in degenerate semiconductor superlattices, The scattering processes were studied in terms of their effect on the magneto--oscillatory phenomena (in particular, the Shubnikov-de Haas effect), both theoretical and experimentally. An approach was developed to allow the extraction of the fundamental parameters for -doped superlattices (the period d, the doping density per period, N IND.d, and the doped layers thicknesses IND.d) from Shubnikov-de Haas (SdH) measurements with magnetic field applied along the superlattice growth axis and from Capacitance-Voltage (CV) measurements. It was demonstrated that the CV oscillation periods correspond to the doping period d, From the Fourier transform of SdH oscillations the extremal cross sectional areas of the Fermi surface are obtained and, together with the calculated electronic structure, provide the additional parameters N IND.d and IND.d. The oscillations due to each populated miniband were isolated from the rest of the spectrurn by Fourier transform techniques. By means of a recently developed model, which includes the superlattice electronic structure in the lineshape of the SdH oscillations, the quantum mobi1ities associated to the quantum lifetimes at the Fermi level for each miniband were determined. The behaviour of the quantum mobilities were studied as a function of the superlattice period, which determines the coupling strength between adjacent wells. The comparison between the quantum mobilities obtained from the SdH spectrum and the Random Phase Approximation(RPA) theory developed for the screened Coulomb centers in systems periodically -doped, with vanishing thickness of the doped layers, showed a very good agreement. Furthermore, theoretical calculations in -doped systems show that the quantum and the transport mobilities are sensible to the thickness and to the spatial profile of the doped layer, and to the concentration of residual acceptors in realistic systems. The quantum and the transport mobilities were calculated for gated -doped structures and it\'s shown that, in the actual state-of-art of the theory for systems with multiple subbands, the RPA theory is that of choice to describe the scattering phenomena by ionized impurities in two-dimensional systems. Finally, some topics involving the extraction of transport mobilities for multiple subbands systems are discussed.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_DeniseFernandesde_D.pdf: 1397492 bytes, checksum: b1590e3483aabb6ab0ef36fe296eeb94 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Desenvolvemos um novo método para o cálculo da Densidade de Estados eletrônicos (DOS) de Ligas Binárias Desordenadas. O método proposto permite a introdução de efeitos de ordem de curto alcance (SRO) e da presença de campo magnético. A estrutura da DOS é utilizada para analisar efeitos de localização dos estados eletrônicos. Nossos resultados mostram que os efeitos de SRO têm um papel essencial na localização dos estados eletrônicos. Obtivemos evidências da presença de estados eletrônicos não exponencialmente localizados para o caso bidimensional. O campo magnético aplicado induz mudanças na DOS que mostra um comportamento oscilatório de deslocalização-localização, quando o sistema está próximo do regime de localização fraca / Abstract: We have developed a new method to calculate the electronic Density of States (DOS) of disordered binary alloys. The method proposed permits to introduce effects of Short Range Order (SRO) and of an applied magnetic field. The structure of the DOS is used to analyse localization effects of the electronic states. We found that SRO effects plays an essential role in the localization of the electronic states. We obtained evidences of the presence of non-exponentially localized electronic states for the two-dimensional case. The applied magnetic field induces changes in the DOS which shows an oscillatory behaviour of delocalization-localization, when the system approaches to the weak localization regime / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Neste trabalho investigamos a estrutura eletrônica de fios quânticos formados por distribuição de carga espacial, obtidos a partir da incorporação de dopantes nos degraus que delimitam planos vicinais em semicondutores. Estudos experimentais recentes, que combinam o crescimento epitaxial em planos vicinais (terraços) sobre o GaAs com as técnica de dopagem planar abrupta, sugerem que a incorporação do dopante (Silício) ocorre preferencialmente ao longo das linhas que delimitam os planos vicinais deste semicondutor. Baseados em resultados teóricos recentes, que sugerem que a aproximação semiclássica de Thomas-Fermi é capaz de reproduzir o potencial auto-consciente de sistemas eletrônicos criados a partir de distribuições de carga de origem puramente espacial, vários efeitos tais como: difusão de dopantes, temperatura finita e densidade residual de aceitadores puderam ser investigados neste nível de aproximação. As equações de Kohn-Sham na aproximação de densidade local (T=0K) foram também empregadas com o propósito de avaliar-se a possível influência de efeitos de não localidade do funcional energia cinética e efeitos de muitos corpos (troca e correlação) que foram ignorados pela abordagem semiclássica. / In this work we investigate the electronic structure of space-charge quantum wires obtained via attachment of donors in misorientation steps of semiconductor vicinal surfaces. Recent experimental studies, combining epitaxial growth on GaAs (100) vicinal surfaces (terraces) with the ?-doping technique, suggests that the incorporation of Silicon donors is preferential along the lines that delimit the vicinal terraces in this semiconductor. Based on recent theoretical results suggesting that the Thomas-Fermi is a reliable approximation for the self-consistent potential fo space-charge layers, we have employed this approximation to study the possible influence of various factors such as diffusion of dopants, finite temperature and residual density of acceptors on the electronic structure of these wires. The Kohn-Sham equations, within the local density approximation (T=0K), were also solved as the propose of evaluating the influence of effects due to the non-locality of the kinectic energy densities functional and many body effects (exchange and correlation) that were ignored in the semiclassical approximation.

Neste trabalho, utilizamos o método RS-LMTO-ASA (Real Space-Linear Muffin Tin Orbitals-Atomic Sphere Approximation) para estudar estrutura eletrônica em torno de vacâncias em Al e Cu. Calculamos também o gradiente de campo elétrico (GCE) no núcleo, para átomos vizinhos às vacâncias e divacâncias. Nossos resultados estão em boa concordância com os experimentais, quando existentes. Cálculos de GCE são de grande interesse experimental, pois através de comparações com resultados teóricos, é possível identificar com mais segurança o defeito medido no material, ou seja, se o sinal vem de uma monovacância, divacância, ou qualquer outro defeito. O RS-LMTO-ASA, baseado no formalismo LMTO-ASA e no método de recorrência, vem sendo desenvolvido por nosso grupo no IFUSP com o objetivo de tratar metais de estrutura complexa, seja devido ao grande número de átomos por cela, seja devido à quebra de periodicidade, como no caso de amorfos, vacâncias, impurezas, etc. Neste trabalho, o RS-LMTO-ASA, até agora aplicado a metais de transição, é utilizado no estudo de um metal simples, o Al. Também, pela primeira vez, a esfera vazia é utilizada num tratamento de espaço direto. Esta experiência será aproveitada no futuro para tratar outros sistemas, onde a esfera vazia seja útil. / In this work, the RS-LMTO-ASA (Real Space Linear Muffin Tin Orbitals Atomic Sphere Approximation) method has been applied to obtain the EFG (Electric Field Gradient) at the neighborhood of vacancies in Al and Cu. The RS-LMTO-ASA is based on the LMTO-ASA formalism and the recursion method, and it has been applied to obtain the electronic structure of complex metallic systems. We have improved the method to perform calculations id the direct space on systems with empty spheres. The results are in good agreement with experimental ones. They are useful to classify several kinds of defects, which are not directly identified by experimental measures, and understand their physical properties.

É apresentado um estudo da estrutura eletrônica e de processos de espalhamento em super-redes semicondutoras degeneradas. Os processos de espalhamento foram estudados em termos do seu efeito sobre os fenômenos magneto-oscilatórios (em particular, o efeito Shubnikov-de Haas), tanto no aspecto teórico como no experimental. Foi desenvolvida uma metodologia que permite a extração dos parâmetros fundamentais para super-redes -dopadas (o período d, a densidade de dopagem por período, N IND.d, e a espessura das camadas dopadas IND.d) com base em medidas de Shubnikov-de Haas (SdH) com o campo magnético aplicado paralelamente aos eixos de crescimento das super-redes e em medidas de Capacitância-Voltagem(CV). Foi demonstrado que os períodos de oscilação CV correspondem aos períodos de dopagern d. A partir da transformada de Fourier das oscilações de SdH são obtidas as áreas extremas da superfície de Fermi que, via a estrutura eletrônica calculada, fornecem os demais parâmetros N IND.d e IND.d. As oscilações de SdH devidas a cada uma das minibandas populadas foram isoladas do restante do espectro através de técnicas de transformada de Fourier. A partir de um modelo desenvolvido recentemente, o qual inclui a estrutura eletrônica das super-redes na forma de linha das oscilações de SdR, as mobilidades quânticas associadas aos tempos de meia vida no nível de Fermi nas várias minibandas eletrônicas foram determinadas. Os estudos foram efetuados em função do período da super-rede, os quais determinam o grau de acoplamento entre poços vizinhos. Uma posterior comparação das mobilidades quânticas obtidas a partir do espectro de SdH com a teoria Random Phase Approximation (RPA) desenvolvida para o espalhamento por centros coulombianos blindados em sistemas periodicamente -dopados, com espessura das camadas dopadas praticamente nula, mostrou um acordo bastante bom. Adicionalmente, cálculos teóricos em sistemas -dopados indicam que as mobilidades quântica e de transporte são sensíveis à espessura e distribuição espacial da camada dopada e à concentração de aceitadores residuais em sistemas realísticos, Também foram efetuados cálculos teóricos para as mobilidades quântica e de transporte em estruturas E-dopadas submetidas à aplicação de um potencial externo as quais mostram que, no estado atual da teoria na literatura para sistemas com múltiplas subbandas, a teoria RPA é aquela de escolha para a descrição dos fenômenos de espalhamento por impurezas ionizadas em sistemas bi-dimensionais. Por fim, alguns tópicos que abordam a obtenção das mobilidades de transporte em sistemas -dopados são discutidos. / It is presented a study of the electronic structure and scattering processes in degenerate semiconductor superlattices, The scattering processes were studied in terms of their effect on the magneto--oscillatory phenomena (in particular, the Shubnikov-de Haas effect), both theoretical and experimentally. An approach was developed to allow the extraction of the fundamental parameters for -doped superlattices (the period d, the doping density per period, N IND.d, and the doped layers thicknesses IND.d) from Shubnikov-de Haas (SdH) measurements with magnetic field applied along the superlattice growth axis and from Capacitance-Voltage (CV) measurements. It was demonstrated that the CV oscillation periods correspond to the doping period d, From the Fourier transform of SdH oscillations the extremal cross sectional areas of the Fermi surface are obtained and, together with the calculated electronic structure, provide the additional parameters N IND.d and IND.d. The oscillations due to each populated miniband were isolated from the rest of the spectrurn by Fourier transform techniques. By means of a recently developed model, which includes the superlattice electronic structure in the lineshape of the SdH oscillations, the quantum mobi1ities associated to the quantum lifetimes at the Fermi level for each miniband were determined. The behaviour of the quantum mobilities were studied as a function of the superlattice period, which determines the coupling strength between adjacent wells. The comparison between the quantum mobilities obtained from the SdH spectrum and the Random Phase Approximation(RPA) theory developed for the screened Coulomb centers in systems periodically -doped, with vanishing thickness of the doped layers, showed a very good agreement. Furthermore, theoretical calculations in -doped systems show that the quantum and the transport mobilities are sensible to the thickness and to the spatial profile of the doped layer, and to the concentration of residual acceptors in realistic systems. The quantum and the transport mobilities were calculated for gated -doped structures and it\'s shown that, in the actual state-of-art of the theory for systems with multiple subbands, the RPA theory is that of choice to describe the scattering phenomena by ionized impurities in two-dimensional systems. Finally, some topics involving the extraction of transport mobilities for multiple subbands systems are discussed.

Apresentamos aqui resultados de propriedades eletrônicas relacionadas à defeitos complexos em GaAs. Os cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica foram feitos usando o método do espalhamento múltiplo X a junto com o modelo do aglomerado molecular e com os orbitais de superfície saturados com a esfera de Watson. / We repor! resu/ts for e/ectronic properties related to complex defects in GaAs. The self-consistent-fie/d electronic structure ca/culations were performed by using the multiplescattering X a method within framework of Watson-sphere-terminated molecular cluster model. We have simulated, first, the electronic states of the 26-atom clusters: 26Td/1As (tetrahedral interstitial As centered cluster), 26Td/1Ga (tetrahedral interslitial Ga cenlered clusle!) and 26C3v (trigonal cluster centered in the middle of a Ga-As bond).

Neste trabalho, apresentamos um metodo baseado no formalismo lmto-asa (combinacao linear de orbitais muffin-tin na aproximacao de esfera atomica) e no metodo de recorrencia, que possibilita calculos autoconsistentes de primeiros principios com polarizacao de spin no espaco direto. Para testar o metodo, calculamos a estrutura eletronica dos sistemas FENI IND.5 (ferromagnetico) e FEMN (antiferromagnetico). Os resultados mostraram boa concordancia com os obtidos por outros metodos. A fim de ilustrar o metodo aplicado a um sistema nao-periodico, calculamos a estrutura eletronica e a distribuicao local de momentos magneticos para um sistema constituido de uma impureza substitucional de FE numa matriz CU. Nossos resultados para momento magnetico e densidade de estados local para o sitio de impureza, concordam bem com resultados via metodo kkr-funcao de gren e experimentais, da literatura. O metodo aqui descrito e bastante flexivel e e muito util na obtencao de momentos magneticos locais em sistemas complexos / In this work we present an approach based on the linear muffin-tin orbital (LMTO) formalism in the atomic sphere approximation (ASA) and on the recursion method which allows us to perform first principies calculations in real space. To test the method, we obtain the electronic structure of ferromagnetic FeNi3 e antiferromagnetic FeMn. The results compare well with those obtained by others methods. To illustrate the scheme applied to a non-periodic system, we calculate the electronic structure and local magnetic moments for a substitutional impurity of Fe in a Cu host. Our results for the magnetic moment and local density of states at the Fe site, agree well with KKR-Green functions and experimental results in the literature. The scheme described here is extremely flexible and is very useful to obtain local distribuition of magnetic moments in complex metallic systems.