SILVA, Jusciane da Costa e. Confinamento quântico em hetero-estruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. 2008. 161 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-08T19:06:12Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-08T19:07:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-08T19:07:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_jcsilva.pdf: 13619378 bytes, checksum: a3f4c7764a488787096097d7d5a0ac01 (MD5) Previous issue date: 2008 / Os materiais semicondutores são responsáveis pelo grande desenvolvimento na indústria eletrônica e surgimento de novas tecnologias. O conceito de hetero-estrutura deu um grande impulso à física do estado sólido. É impossível imaginar a moderna física do estado sólido sem hetero-estruturas semicondutoras. A física de semicondutores está atualmente concentrada no estudo dos chamados sistemas de dimensões reduzidas: poços, fios, pontos e anéis quânticos, assunto de pesquisa de dois terços da comunidade de física de semicondutores. Neste trabalho, investigaremos o confinamento dos portadores e dos excitons em hetero-estruturas de baixas dimensão; poço, ponto e anel quântico. Iniciaremos com o estudo das propriedades excitônicas de poços quânticos Si/Si_{1-x}Ge_x, considerando duas possibilidades para o alinhamento de banda: tipo-I, onde os portadores de cargas, elétron e buraco, estão confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estão espacialmente localizados em materiais diferentes. Usaremos um Hamiltoniano que, na aproximação da massa efetiva, leva em conta a existência de interfaces não abruptas entre os materiais que compõe o sistema. Nos sistemas tipo-I, observamos que a energia do exciton sofre um aumento quando consideramos campos elétricos aplicados. Já em sistemas tipo-II, o campo magnético afeta bem mais o confinamento do elétron do que o do buraco. Investigamos alguns fenômenos nos anéis quânticos, como: impurezas, efeitos geométricos, rugosidade e anéis duplos. Calculamos os níveis de energia do elétron em anéis quânticos considerando um campo magnético perpendicular, levando em conta um modelo realístico, que consiste em anéis com barreiras e potenciais finitos, não limitado a pequenas pertubações. Quando consideramos a presença de uma impureza no anel quântico, há uma quebra de simetria no sistema e consequetemente as oscilações Aharanov-Bohm (AB) são anuladas. Entretanto, para duas impurezas, as oscilações AB são recuperadas se as distâncias entre as impurezas e o plano forem iguais, no caso das impurezas positivas e para impurezas negativas as oscilações são recuperadas independente das posições das impurezas. A existência de interfaces rugosas é responsável por um considerável deslocamento nas energias dos portadores. Além disso, a degenerescência nos pontos de transição do momento angular nas oscilações AB é levantada quando consideramos superfícies rugosas, em casos especiais, as oscilações AB nas energias do estado fundamental pode ser anuladas. Fizemos também um estudo teórico da energia dos portadores em pontos quânticos tipo-I e tipo-II, além de um estudo em pontos quânticos duplos $InGaAs/GaAs$ analisando o efeito de afastamento entre os pontos e considerando dois tipos de acoplamento: lateral e vertical. A equação de Schodinger em três dimensões, na aproximação da massa efetiva, é resolvida para elétrons e buracos a partir de um método de evolução temporal da função de onda. Observamos que as curvas do Stark shift das energias de ligação e total do exciton em pontos quânticos Si/Si_{0.85}Ge_{0.15} tipo-I são assimétricas devido à existência de um dipolo elétrico intrínseco nestes sistemas. No entanto, quando consideramos o efeito de um campo magnético paralelo ao plano, o Stark shift torna-se mais simétrico. No caso dos pontos duplos, vimos que a energia de confinamento do elétron em pontos quânticos acoplados lateralmente, quando consideramos os raios dos pontos iguais, degeneram à medida que a distância entre os pontos aumenta. Entretanto, quando os raios dos pontos são diferentes, essas energias não têm mudanças significativas. Para o caso do acoplamento vertical, o comportamento é semelhante ao dos pontos lado a lado: Para raios iguais em ambos os pontos quânticos, os pares de estados tornam-se degenerados à medida que a distância entre os pontos aumenta, o que não acontece quando consideramos o caso de pontos com raios diferentes.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Os materiais semicondutores sÃo responsÃveis pelo grande desenvolvimento na indÃstria eletrÃnica e surgimento de novas tecnologias. O conceito de hetero-estrutura deu um grande impulso à fÃsica do estado sÃlido. à impossÃvel imaginar a moderna fÃsica do estado sÃlido sem hetero-estruturas semicondutoras. A fÃsica de semicondutores està atualmente concentrada no estudo dos chamados sistemas de dimensÃes reduzidas: poÃos, fios, pontos e anÃis quÃnticos, assunto de pesquisa de dois terÃos da comunidade de fÃsica de semicondutores. Neste trabalho, investigaremos o confinamento dos portadores e dos excitons em hetero-estruturas de baixas dimensÃo; poÃo, ponto e anel quÃntico. Iniciaremos com o estudo das propriedades excitÃnicas de poÃos quÃnticos Si/Si_{1-x}Ge_x, considerando duas possibilidades para o alinhamento de banda: tipo-I, onde os portadores de cargas, elÃtron e buraco, estÃo confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estÃo espacialmente localizados em materiais diferentes. Usaremos um Hamiltoniano que, na aproximaÃÃo da massa efetiva, leva em conta a existÃncia de interfaces nÃo abruptas entre os materiais que compÃe o sistema. Nos sistemas tipo-I, observamos que a energia do exciton sofre um aumento quando consideramos campos elÃtricos aplicados. Jà em sistemas tipo-II, o campo magnÃtico afeta bem mais o confinamento do elÃtron do que o do buraco. Investigamos alguns fenÃmenos nos anÃis quÃnticos, como: impurezas, efeitos geomÃtricos, rugosidade e anÃis duplos. Calculamos os nÃveis de energia do elÃtron em anÃis quÃnticos considerando um campo magnÃtico perpendicular, levando em conta um modelo realÃstico, que consiste em anÃis com barreiras e potenciais finitos, nÃo limitado a pequenas pertubaÃÃes. Quando consideramos a presenÃa de uma impureza no anel quÃntico, hà uma quebra de simetria no sistema e consequetemente as oscilaÃÃes Aharanov-Bohm (AB) sÃo anuladas. Entretanto, para duas impurezas, as oscilaÃÃes AB sÃo recuperadas se as distÃncias entre as impurezas e o plano forem iguais, no caso das impurezas positivas e para impurezas negativas as oscilaÃÃes sÃo recuperadas independente das posiÃÃes das impurezas. A existÃncia de interfaces rugosas à responsÃvel por um considerÃvel deslocamento nas energias dos portadores. AlÃm disso, a degenerescÃncia nos pontos de transiÃÃo do momento angular nas oscilaÃÃes AB à levantada quando consideramos superfÃcies rugosas, em casos especiais, as oscilaÃÃes AB nas energias do estado fundamental pode ser anuladas. Fizemos tambÃm um estudo teÃrico da energia dos portadores em pontos quÃnticos tipo-I e tipo-II, alÃm de um estudo em pontos quÃnticos duplos $InGaAs/GaAs$ analisando o efeito de afastamento entre os pontos e considerando dois tipos de acoplamento: lateral e vertical. A equaÃÃo de Schodinger em trÃs dimensÃes, na aproximaÃÃo da massa efetiva, à resolvida para elÃtrons e buracos a partir de um mÃtodo de evoluÃÃo temporal da funÃÃo de onda. Observamos que as curvas do Stark shift das energias de ligaÃÃo e total do exciton em pontos quÃnticos Si/Si_{0.85}Ge_{0.15} tipo-I sÃo assimÃtricas devido à existÃncia de um dipolo elÃtrico intrÃnseco nestes sistemas. No entanto, quando consideramos o efeito de um campo magnÃtico paralelo ao plano, o Stark shift torna-se mais simÃtrico. No caso dos pontos duplos, vimos que a energia de confinamento do elÃtron em pontos quÃnticos acoplados lateralmente, quando consideramos os raios dos pontos iguais, degeneram à medida que a distÃncia entre os pontos aumenta. Entretanto, quando os raios dos pontos sÃo diferentes, essas energias nÃo tÃm mudanÃas significativas. Para o caso do acoplamento vertical, o comportamento à semelhante ao dos pontos lado a lado: Para raios iguais em ambos os pontos quÃnticos, os pares de estados tornam-se degenerados à medida que a distÃncia entre os pontos aumenta, o que nÃo acontece quando consideramos o caso de pontos com raios diferentes.