Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Esse trabalho tem por objetivo estudar sistemas quÃnticos de baixa dimensionalidade do tipo poÃos quÃnticos GaN/HfO2 e Si/High-k. Investigamos propriedades eletrÃnicas, Ãpticas e estados de impurezas em poÃos quÃnticos GaN/HfO2, levando em consideraÃÃo efeito de cargas imagem devido à descontinuidade das constantes dielÃtricas dos materiais do poÃo e da barreira destas estruturas. Primeiramente estudamos os efeitos do potencial imagem de auto-energia sobre as propriedades Ãpticas e eletrÃnicas de poÃos quÃnticos abruptos e nÃo abruptos. Nossos resultados mostram que o efeito do potencial imagem de auto-energia modica fortemente as estruturas eletrÃnicas de poÃos quÃnticos, podendo variar a energia de recombinaÃÃo dos portadores em atà 100 meV. AlÃm disso, o modelo ideal de poÃos quÃnticos nÃo à vÃlido para algumas estruturas com a constante dielÃtrica do poÃo menor que a constante dielÃtrica da barreira, devido ao confinamento de portadores na regiÃo da interface. A energia de ligaÃÃo e a energia total do exciton sÃo estudadas em poÃos quÃnticos abruptos com a constante dielÃtrica do poÃo menor e maior que a constante dielÃtrica da barreira, dando Ãnfase a efeitos causados por cargas imagem: potencial de auto-energia e interaÃÃo do elÃtron (buraco) com as imagens do buraco (elÃtron). Os resultados mostram que, considerando os parÃmetros dos materiais usados neste trabalho, modelos simples (que nÃo consideram efeito de cargas imagem) para cÃlculos de excitons sÃo inadequados para estudar sistemas com a constante dielÃtrica do poÃo menor que a constante dielÃtrica da barreira, visto que modelos mais precisos (que incluem todas as contribuiÃÃes devido Ãs cargas imagem) apresentam resultados com diferenÃas significativas, em torno de 80 meV, entre modelos simples e modelos mais precisos. Finalmente, estudamos a interaÃÃo entre elÃtron-impureza em poÃos quÃnticos GaN/HfO2 abruptos. Os cÃlculos consideram simultaneamente todas as contribuiÃÃes de energias causadas pela diferenÃa entre as constantes dielÃtricas de GaN (= 9.5) e HfO2 (= 25). Os resultados mostram que, considerando os parÃmetros dos materiais usados neste trabalho, à medida que a posiÃÃo da impureza afasta-se do centro do poÃo, no sentido positivo do eixo z, a funÃÃo de onda do elÃtron à atraÃda no mesmo sentido de deslocamento da impureza. A intensidade da atraÃÃo diminui quando a posiÃÃo da impureza afasta-se da interface, no sentido positivo de z, dentro da regiÃo da barreira quÃntica.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Esta dissertaÃÃo trata da anÃlise dos aspectos hidrogeolÃgicos que influenciam a vazÃo de quatorze poÃos tubulares, todos situados no municÃpio de Quixeramobim, Estado do CearÃ. As baixas vazÃes dos poÃos no municÃpio sÃo, muitas vezes, reflexos das caracterÃsticas geoambientais regionais, tais como: litologia, baixo Ãndice pluviomÃtrico e pequena espessura do manto de alteraÃÃo. Associado a isso existe um grande nÃmero de poÃos construÃdos cujas locaÃÃes nÃo levaram em conta as condiÃÃes favorÃveis da ocorrÃncia de Ãgua subterrÃnea o que reflete nas baixas vazÃes registradas no Banco de Dados do SIAGAS. Foi realizada uma anÃlise quantitativa baseada nos poÃos do SIAGAS, na interpretaÃÃo de lineamentos a partir da imagem SRTM, nos mapas temÃticos de litologia, densidade de drenagem e lineamentos, hipsometria e na anÃlise de campo. Os resultados mostraram que a maioria dos poÃos construÃdos (52,05%) no municÃpio possui vazÃo inferior a 2,0mÂ/h. O nÃvel estÃtico tem profundidade variÃvel com 42,86% menores que 5,0 metros, 30,61% com profundidades entre 5,0 e 10,0m e 26,53% acima de 10,0m. A profundidade do nÃvel dinÃmico tambÃm à variÃvel, com classe modal para o intervalo de 20,0m a 28,0m. A capacidade especifica da maioria dos poÃos (69,57%) à inferior a 0,2 [(mÂ/h)/m]. A natureza dos poÃos à dominantemente (92%) tubular e apenas 8% sÃo amazonas. A situaÃÃo dos poÃos mostram que a maioria (33%) estÃo equipados, 21% fechados, 19% sem dados e 27% estÃo abandonados, secos ou nÃo instalados. Apenas 14% dos poÃos sÃo direcionados para o abastecimento domÃstico e 5% para abastecimento pÃblico. A profundidade dos poÃos Ã, em sua maioria, superior a 50,0m. Os lineamentos interpretados coincidem com os dados de campo (foliaÃÃo e fraturas da rocha) e auxiliam na localizaÃÃo de juntas mestras que muitas vezes sÃo responsÃveis pelas altas vazÃes dos poÃos em terrenos cristalinos. O uso do SIG se mostrou pouco eficaz, onde a integraÃÃo dos dados de litologia versus vazÃo nÃo deu bons resultados (poÃos com altas e baixas vazÃes estÃo locados no mesmo litotipo); a integraÃÃo dos dados de elevaÃÃo com dados de vazÃo mostraram que os poÃos com baixa vazÃo estÃo situados em zonas com cotas altimÃtricas mais rebaixadas; a integraÃÃo da densidade de drenagem versus vazÃo mostrou resultados mais esperados, com poÃos de altas vazÃes posicionados em zonas de alta densidade de drenagem e poÃos de baixa vazÃo, em sua maioria, posicionados em zona de baixa a mÃdia de densidade de drenagem, e; a densidade de lineamentos versus vazÃo mostrou que existem poÃos com baixa e alta vazÃo situados em zonas de alta densidade de lineamentos. Com a anÃlise dos aspectos hidrogeolÃgicos foi possÃvel realizar novas locaÃÃes para os poÃos 01, 02, 04, 05, 07, 09, 11, 12 e 14, nÃo sendo possÃvel para os poÃos 03 e 08. Os poÃos 06, 10 e 13, com vazÃo acima de 5mÂ/h, estÃo posicionados em Ãreas onde coexistem a drenagem superficial e fraturas, justificando suas vazÃes. A locaÃÃo de poÃos nesse municÃpio deve levar em consideraÃÃo a coexistÃncia da drenagem superficial com as fraturas, principalmente de direÃÃo E-W, ou subparalelas a elas, por se tratarem de fraturamentos abertos. Caso essa situaÃÃo nÃo ocorra, a coexistÃncia da drenagem com o manto de alteraÃÃo relativamente espesso seria uma alternativa. / The paper presents the analysis of hydrogeological aspects that influence the flow of fourteen wells located in the municipality of Quixeramobim, state of CearÃ. Low flow of wells in the county are reflections of regional caracterÃsitcas, such as lithology, low rainfall and small thickness of the mantle of change. Associated with this there is a large number of wells constructed whose leases did not take into account the favorable conditions for the occurrence of groundwater which reflects the low flows recorded in the database SIAGAS. We performed a quantitative analysis based on wells Database registered in SIAGAS, the interpretation of lineaments from SRTM image, thematic maps of lithology, lineaments and drainage density, hypsometry and field analysis. The results showed that most of the wells constructed in city has the yield lower 2.0 mÂ/h. The static level is variable. With 42.86% wells below 5.0 meters, 30.61% of wells depths of 5.0 to 10.0 meters and 26.53% above of 10,0 meters. The depth of the dynamic level is also variable, it has modal class for the interval from 20,0 the 28,0 meters. The specific capacity of most wells (69,57%) is less than 0,2mÂ/h/m. The nature of the wells is predominantly tubular (92%) and only 8% are amazons. The situation of the wells shows that the majority (33%) are equipped, 21%s closed, 19%s no data and 27%s are abandoned, dry or not installed. Only 14% wells are for domestic supply and 5% for public supply. The depth of the wells are mostly higher than 50,0m. The interpreted lineaments coincide with the field data (foliation and fractures rock) and assist in locating master joints that are often responsible for the high yield rates of wells in crystalline terrains. The use of GIS proved somewhat effective: data integration lithology versus yield have not worked ( wells with high and low yields are leased in the same lithotype); the integration of elevation data with yield data showed that the wells with low yield are located in areas with altitudes more recessed; the drainage density versus yield showed results most anticipated. High yield wells are positioned in areas with high drainage density and low yield wells, mostly, are positioned in an area of low to medium drainage density; the lineaments density versus yield showed that there are wells with low and high yield situated in areas of high lineaments density. With the investigation of the aspects hydrogeological was possible to make a new lease for the wells 01, 02, 04, 05, 07, 09, 11, 12 and 14. Could not to make new lease for the wells 03 and 08. The wells 06, 10 and 13, with yield above 5mÂ/h are positioned in areas that coexist surface drainage and fractures. The location of wells that municipality must take into account the coexistence of surface drainage with fractures, especially with E-W direction, or subparallel to them. Case such situation does not occur, the coexistence of drainage with relatively thick weathered mantle would be another alternative.

nÃo hà / A Ãrea desse trabalho, que possui 57,7 km2, està localizada na regiÃo costeira do municÃpio de Aquiraz-Ce, situada no setor nordeste da RMF, distando aproximadamente 30 km da capital Fortaleza, envolve basicamente a sede municipal, os setores da Prainha e o Distrito da Tapera. Os objetivos destacam o papel das Ãguas subterrÃneas no contexto do abastecimento da Ãrea, bem como definem seu aproveitamento em relaÃÃo as Ãguas superficiais da lagoa do Catu. Para este fim, foram necessÃrio procedimentos metodolÃgicos que consideram os aspectos hidrogeolÃgicos associados a amostragem dessas Ãguas em pontos especÃficos dos sistemas aquÃferos e da lagoa para se obter dados informativos que definissem os parÃmetros hidroquÃmicos e bacteriolÃgicos, caracterizados em tabelas, grÃficos e diagramas, os quais mostram a situaÃÃo qualitativa das Ãguas desses sistemas. O conjunto geral dos pontos cadastrados envolve 177 poÃos tubulares e escavados de onde foram definidos os poÃos relacionados Ãs coletas de amostras de Ãguas para anÃlises referentes aos AquÃferos Dunas e Barreiras em perÃodos seco e pÃs-chuva, sendo esta sistemÃtica adotada tambÃm em pontos representativos da lagoa. A produtividade dos poÃos pesquisados està normalmente relacionada Ãs caracterÃsticas hidrogeolÃgicas desses sistemas aquÃferos, onde as mÃdias de vazÃo correspondem a 3,5m3/h e 2,7m3/h, para o Dunas e o Barreiras, respectivamente, evidenciando que as condiÃÃes areno-quartzosa do primeiro contribuem para um melhor potencial hidrogeolÃgico, fato que pode influir tambÃm nas reservas hÃdricas subterrÃneas. Dentre os resultados encontrados, tem-se que as Ãguas subterrÃneas sÃo ionicamente classificadas como Cloretadas SÃdicas, sendo que os dados de pH revelaram que essas Ãguas sÃo dominantemente Ãcidas, mostrando alguns pontos com valores alcalinos no perÃodo chuvoso. As Ãguas subterrÃneas possuem qualidades fÃsico-quÃmicas e bacteriolÃgicas para o abastecimento humano em 90% dos poÃos investigados. As Ãguas da lagoa tÃm um papel primordial no suprimento hÃdrico da Ãrea, desde que sejam submetidas a um tratamento convencional pelo ÃrgÃo tÃcnico competente, alÃm da possibilidade de sua inserÃÃo num plano de gestÃo integrada de recursos hÃdricos da Ãrea de interesse. Na consideraÃÃo geral dos dados analisados, os resultados dos parÃmetros encontrados definem a condiÃÃo de aproveitamento das Ãguas subterrÃneas e superficiais e sua relaÃÃo entre qualidade e uso nessa parte do municÃpio de Aquiraz. / The study area of interest has 57.7 sq. km and it is located on the coastal region of Aquiraz ounty, Cearà State, in the northeastern sector of Fortalezaâs Metropolitan Zone (RMF), roughly 30 km away from the capital city itself. It encompasses basically the countyâs main town and the Prainha and Tapera districts. This workâs objectives highlight the role of underground waters under the context of that areaâs supply, as well as define its exploitation as regards surface waters of the Catu Lake. For this end to be attained, working procedures were needed that consider the hydrogeological aspects associated with water sampling in specific sites of the aquifer systems and the lakeâs. That was meant to get intelligence data which would define the hydrochemical and bacteriological parameters displayed in tables, graphs and diagrams, whereby the qualitative status of those systemsâs waters might be established. The overall set of registered points involve 177 tubular and scooped wells wherefrom there were selected the suitable ones for water sampling and analyses referred to the Dunas and Barreiras Aquifers in the dry and post-rainy seasons, with this procedure being the one also adopted in representative points of the lake. The yields in those wells are usually related to the hydrogeological features of the aquifer systems, for which average values of 3.5 m-3.h-1 and 2.7 m-3.h-1 were estimated in the Dunas and Barreiras Aquifers respectively. It is thus evident that the sandy-quartz conditions of the former account for a better hydrogeological potency, a fact that could bear upon the underground water reserves. Among the arrived at results, it was found out that underground waters were ionically classified as Chloride Sodic, whereas the pH values show them to be predominantly acid except for a few points with alkaline values during the rainy season. The underground waters possess physico-chemical and bacteriological qualities for human supply in 90 per cent of the investigated wells. The lake can play an outstanding role as a water supplier of the study area, as long as it is submitted to routine attendance by an appointed office in addition to its inclusion on a comprehensive management program. As a general consideration of the analyzed data, the results for the estimated parameters are shown to define a sound use of the underground and surface waters, and a relationship between their quality and usage in some districts of Aquiraz county.

Materiais semicondutores sÃo os principais responsÃveis pelo grande crescimento da indÃstria eletrÃnica e pelo surgimento de novas tecnologias. A criaÃÃo de heteroestruturas possibilitou um grande impulso à fÃsica do estado sÃlido. Atualmente, o estudo de semicondutores està concentrado em sistemas de dimensionalidade reduzida, como os poÃos, fios, pontos e aneis quÃnticos. Neste trabalho, investigamos as propriedades de transporte em fios quÃnticos heteroestruturados de barreira dupla e em sistemas bidimensionais de barreira simples e dupla. Iniciamos com o cÃlculo da energia do confinamento radial no fio quÃntico InAs/InP de barreira dupla. Usamos um modelo de fio cilÃndrico com e sem interfaces graduais. Calculamos as transmissÃes atravÃs das barreiras e estudamos o comportamento das mesmas variando a largura das barreiras, a distÃncia entre elas e o raio do fio. Futuramente utilizaremos estes resultados para o cÃlculo da corrente elÃtrica atravÃs do dispositivo. TambÃm investigamos as propriedades de transporte em sistemas bidimensionais com potencial de auto-energia. Utilizamos heteroestruturas formadas por Si/SiO2 e Si/HfO2. Sendo as constantes dielÃtricas dos Ãxidos diferentes do silÃcio, resolvemos a equaÃÃo de Poisson com epsilon dependente de z. Expandimos o potencial em uma sÃrie de Fourier-Bessel, encontrando, por fim, o potencial imagem para as barreiras. Calculamos a corrente elÃtrica atravÃs deste potencial em funÃÃo da voltagem, variando a temperatura, a distÃncia entre as barreiras. TambÃm levamos em conta as interfaces graduais para o caso de barreira simples. / Semiconductor materials are responsible for the large development in electronic industry, what made it possible the creation of new devices. The heterostructures gave a large impulse to the solid-state physics. Semiconductors study is nowadays concentrated in the low-dimensional systems, as quantum wells, quantum wires, quantum dots and quantum rings. In this work, we investigate the transport properties of heterostructured quantum wires of double barrier. We begin with calculation of radial confinement energy in a quantum wire InAs/InP of double barrier. We use a cylindrical model of wire with gradual and abrupt nterfaces. Transmission coefficients are calculated. We study its behavior varying barriers width, distance between them and the wire radius. In the future, we will use these results to calculate electric current through the device. We also investigate transport properties of bidimensional systems with self-energy potential. We use heterostructures of Si/SiO2 and Si/HfO2. We solve Poissonâs equation with epsilon depending on z, expanding the potential in a Fourier-Bessel series, finding the image potential of the barriers. We calculate the electric current through this potential in function of the applied voltage, varying temperature and the distance between the barriers. We also consider gradual interfaces for the simple barrier case.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os avanÃos nas tÃcnicas de crescimento tornaram possÃvel a fabricaÃÃo de estruturas semicondutoras quase-unidimensionais em escalas nanomÃtricas, chamadas pontos, fios, poÃos e anÃis quÃnticos. Interesse nessas estruturas tem crescido consideravelmente, nÃo sà devido Ãs suas possÃveis aplicaÃÃes em dispositivos eletrÃnicos e à sua manipulaÃÃo quÃmica fÃcil, mas tambÃm porque eles oferecem a possibilidade de explorar experimentalmente vÃrios aspectos de confinamento quÃntico, espalhamento e fenÃmenos de interferÃncia. Em particular, neste trabalho, investigamos as propriedades eletrÃnicas e de transporte em poÃos quÃnticos, fios e anÃis, cujas dimensÃes podem ser alcanÃados experimentalmente. Para isto, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger dependente do tempo utilizando o mÃtodo Split-operator em duas dimensÃes. Nesta tese, abordamos quatro trabalhos, sendo o primeiro uma analogia ao Paradoxo de Braess para um sistema mesoscÃpico. Para isso, utilizamos um anel quÃntico com um canal adicional na regiÃo central, alinhado com os canais de entrada e saÃda. Este canal extra faz o papel do caminho adicional em uma rede de trÃfego na teoria dos jogos, similar ao caso do paradoxo de Braess. Calculamos as auto-energias e a evoluÃÃo temporal para o anel quÃntico. Surpreendentemente, o coeficiente de transmissÃo para algumas larguras do canal extra diminuiu, semelhante ao que acontece com redes de trÃfego, onde a presenÃa de uma via extra nÃo necessariamente melhora o fluxo total. Com a analise dos resultados obtidos, foi possÃvel determinar que neste sistema o paradoxo ocorre devido a efeitos de interferÃncia e de espalhamento quÃntico. No segundo trabalho, foi feita uma extensÃo do primeiro, (i) aplicando-se um campo magnÃtico, onde foi possÃvel obter o efeito Aharonov-Bohm para pequenos valores do canal extra e controlar efeitos de interferÃncia responsÃveis pelo paradoxo mencionado, e (ii) fazendo tambÃm a aplicaÃÃo de um potencial que simula a ponta de um microscÃpio de forÃa atÃmica (AFM) interagindo com a amostra - este potencial à repulsivo e simula um possÃvel fechamento do caminho em que o pacote de onda se propaga. Assim, neste trabalho, realizamos uma contra-prova do primeiro, onde observamos que com o posicionamento da ponta do AFM sobre canal extra, se diminui o efeito de reduÃÃo de corrente devido ao paradoxo de Braess. No terceiro trabalho, realizamos uma anÃlise de tunelamento entre dois fios quÃnticos separados por uma certa distÃncia e calculamos qual a menor distÃncia para qual ocorre tunelamento significativo nesse sistema eletrÃnico. Este trabalho à de fundamental importÃncia para o manufaturamento de dispositivos nanoestruturados, porque nos permite investigar qual a distÃncia mÃnima para a construÃÃo de um circuito eletrÃnico sem que haja interferÃncias nas transmissÃes das informaÃÃes. No quarto e Ãltimo trabalho desta tese, investigamos a energia de ligaÃÃo do elÃtron-impureza em GaN/HfO2 para um poÃo quÃntico. Consideramos simultaneamente as contribuiÃÃes de todas as interaÃÃes das auto-energias devido ao descasamento das constantes dielÃtricas entre os materiais. Foram estudados poÃos largos e estreitos, comparando os resultados para diferentes posiÃÃes da impureza e a contribuiÃÃo da auto-energia para o sistema. / Advances in growth techniques have made possible the fabrication of quasi one-dimensional semiconductor structures on nanometric scales, called quantum dots, wires, wells and rings. Interest in these structures has grown considerably not only due to their possible applications in electronic devices and to their easy chemical manipulation, but also because they offer the possibility of experimentally exploring several aspects of quantum confinement, scattering and interference phenomena. In particular, in this work, we investigate the electronic and transport properties in quantum wells, wires and rings, whose dimensions can be achieved experimentally. For this purpose, we solve the time-dependent SchrÃdinger equation using the split-operator method in two dimensions. We address four different problems: in the first one, the electronic transport properties of a mesoscopic branched out quantum ring are discussed in analogy to the Braess Paradox of game theory, which, in simple words, states that adding an extra path to a traffic network does not necessarily improves its overall flow. In this case, we consider a quantum ringindex{Quantum ring} with an extra channel in its central region, aligned with the input and output leads. This extra channel plays the role of an additional path in a similar way as the extra roads in the classical Braess paradox. Our results show that in this system, surprisingly the transmission coefficient decreases for some values of the extra channel width, similarly to the case of traffic networks in the original Braess problem. We demonstrate that such transmission reduction in our case originates from both quantum scattering and interference effects, and is closely related to recent experimental results in a similar mesoscopic system. In the second work of this thesis, we extend the first system by considering different ring geometries, and by investigating the effects of an external perpendicular magnetic field and of obstructions to the electrons pathways on the transport properties of the system. For narrow widths of the extra channel, it is possible to observe Aharonov-Bohm oscillations in the transmission probability. More importantly, the Aharonov-Bohm phase acquired by the wave function in the presence of the magnetic field allows one to verify in which situations the transmission reduction induced by the extra channel is purely due to interference. We simulate a possible closure of one of the paths by applying a local electrostatic potential, which can be seen as a model for the charged tip of an atomic force microscope (AFM). We show that positioning the AFM tip in the extra channel suppresses the transmission reduction due to the Braess paradox, thus demonstrating that closing the extra path improves the overall transport properties of the system. In the third work, we analyze the tunneling of wave packets between two semiconductor quantum wires separated by a short distance. We investigate the smallest distance at which a significant tunneling between the semiconduting wires still occur. This work is of fundamental importantance for the manufacturing of future nanostructured devices, since it provides information on the minimum reasonable distances between the electron channels in miniaturized electronic circuits, where quantum tunnelling and interference effects will start to play a major role. In the last work of this thesis, we investigate the binding energy of the electron-impurity pair in a GaN/HfO2 quantum well. We consider simultaneously the contributions of all interactions in the self-energy due to the dielectric constant mismatch between materials. We investigate the electron-impurity bound states in quantum wells of several widths, and compared the results for different impurity positions.