O objetivo principal deste trabalho foi adicionar novos módulos (tanto eletrônicos quanto computacionais) necessários para efetuar medidas espectroscópicas com o microscópio de tunelamento construído há alguns anos no Laboratório de Novos Materiais Semicondutores do Instituto de Física da USP. Para checar a performance do novo sistema implementado, foram realizadas medidas sobre materiais condutores (grafite e ouro). Visando a análise topográfica e espectroscópica de amostras semicondutoras dos grupos III-V, estudamos alguns métodos para a preparação destas superfícies. Dentre eles, a passivação foi capaz de fornecer os resultados mais significativos. Finalmente, curvas da corrente de tunelamento em função da tensão aplicada à junção foram adquiridas sobre amostras de GaAs e pontos quânticos de InAs crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). / The goal of the present work was to upgrade the home-made Scanning Tunneling Microscope present in our group, adding the new hardware necessary to carry out spectroscopic measurements. A new software was also developed to control the new functions of the microscope. In order to check the performance of the whole system, several types of experiments where carried out on graphite and gold. A special care was taken to adequately prepare the samples of III-V semiconductors. The passivation of the sample yielded the best results both for topographic and spectroscopic measurements. Finally, I-V curves were taken on GaAs layers and InAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE).

Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas. / Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas.

Essa tese teve por objetivo desenvolver nanopartículas conjugadas, magnetofluorescentes, de alta performance, com base na associação de semicondutores nanocristalinos do tipo II-VI, do inglês quantum dots, com nanopartículas de óxido de ferro não-estequiométricas, em regime superparamagnético, para aplicações em ensaios não destrutivos. Foram testadas três tipos de nanopartículas de óxido de ferro para atuarem como potenciais plataformas magnéticas de ancoramento. Esses materiais foram caracterizados por diversas técnicas e, dentre elas, uma nova metodologia de pesagem externa desenvolvida para a avaliação da magnetização de saturação e para o estudo de processos magnetoforéticos. Os semicondutores nanocristalinos do tipo II-VI foram sintetizados, em meio aquoso, por uma nova metodologia, com controle cinético em tempo real que se mostrou ser uma ferramenta poderosa na investigação dos processos sintéticos. Os conjugados magnetofluorescentes foram desenvolvidos a partir da combinação adequada entre as nanopartículas de óxido de ferro e os quantum dots, utilizando brometo de hexadeciltrimetilamônio, CTAB, como espaçador químico. O material assim obtido foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, por espectrofluorometria, por espectroscopia eletrônica e por medidas de magnetização de amostra vibrante. Suas características ópticas e magnéticas foram exploradas com sucesso em testes iniciais de corpos de prova, na identificação de fendas estruturais por meio de ensaios magneto-luminescentes de caráter não destrutivos. / This Ph.D dissertation focused on the development of high performance magneto-fluorescent-conjugated nanoparticles, combining tunable II-VI quantum dots and surface modified-non-stoichiometric iron oxide nanoparticles, aiming application in non-destructive assays. Three types of iron oxide nanoparticles were synthesized as magnetic anchoring platforms. These materials were characterized by means of several techniques, and a new methodology of external weighting with analytical balances was developed to evaluate the saturation magnetization of the samples and to investigate the magnetophoretic process. The water-soluble quantum dots were obtained by means of kinetically controlled synthesis, which were monitored in real-time, providing a powerful technique in the investigation of synthetic pathways. The magneto-fluorescentconjugated nanoparticles were assembled by the appropriate combination of the constituents with surfactant species, acting as spacers in order to minimize the Förster Resonance Energy Transfer mechanisms (FRET). Such new probes were characterized by high resolution transmission electron microscopy, fluorescence and electronic spectroscopy, and by vibrating sample magnetometer, and were successfully tested in the in non-destructive assays for the detection of fractures in metallic structures.

Ilhas de InxGa1-xAs são de grande interesse no desenvolvimento tecnológico de lasers de diodos e diodos emissores de luz. As ilhas de InxGa1-xAs investigadas neste trabalho foram crescidas sobre um substrato semi-isolante de GaAs (001) pelo método de auto-organização usando epitaxia de feixe molecular. Este tipo de ilha, quando isolada e de pequeno tamanho, é considerada um ponto quântico ou sistema zero-dimensional. As amostras foram caracterizadas através do uso da microscopia de força atômica. A densidade e o tamanho dos pontos aumenta com a diminuição da fração molar de In, resultando em uma maior cobertura para o caso de x = O, 25. As características principais dos espectros Raman são os picos que correspondem aos modos LO e TO do substrato de GaAs. Duas estruturas adicionais aparecem no espectro: um pico estreito em 222 cm- 1 e uma banda larga de mais alta energia, que só é resolvida para x = O, 25, centrada em 245 cm-1. O pico em 222 cm-1 é provavelmente devido ao fônon LA(X) do GaAs normalmente proibido, induzido por defeitos. Para identificar a banda larga foi construído um modelo que considera: (i) a frequência Raman do modo tipo- InAs com caráter de LO como constante com a variação de x no InGaAs 3-D; (ii) efeitos de confinamento não afetam a frequência Raman dado ao tamanho dos pontos quânticos das amostras deste trabalho; (iii) A tensão escala com x e o valor máximo ocorre para o composto binário InAs. Este modelo permite prever um intervalo de frequências para os pontos quânticos. O valor medido, 245 cm- 1, está dentro deste intervalo e portanto foi atribuído ao modo tipo-InAs dos pontos quânticos de In0,25Ga0,75As Considerações de simetria reforçam esta designação. Contribuições adicionais de fônons foram consideradas no intervalo de energia de interesse. Para analisar estas contribuições, foi feito um estudo detalhado dos fônons induzidos por desordem em camadas de GaAs, e espalhamento Raman de As cristalino e amorfo. A desordem foi produzida através da erosão por laser e a amostra de As foi formada por um processo de oxidação de um filme de AlAs. Comparação dos espectros Raman permitiu concluir que não houve contribuição de fônons induzidos por desordem no espectro do ponto quântico, seja de GaAs ou arsênio. / InxGa1-x As islands are interesting for use in Laser diode and light-emitting diode technology. The InxGa1-x As islands investigated in this work were grown on semi-insulating (001) GaAs substrates by the self-organization method using molecular beam epitaxy. This type of island, when isolated and of small size, is considered as a quantum dot or zero-dimensional system. The samples were characterized by use of atomic force microscopy. The dot density and size were seen to increase as the In molar fraction decreased, resulting in a large dot­ coverage in the case of x = 0.25. The Raman spectra main features were the peaks corresponding to the LO and TO modes of GaAs-substrate. Second order structures were also present around 520 cm-1 (160 cm-1) for optical (acoustic) vibration of GaAs. Two additional structures appear as a sharp peak at 222 cm- 1 and higher energy broad band, which is resolved only for x = 0.25, at 245 cm- 1. The peak in 222 cm-1 is probably due to the normally forbidden GaAs LA(X) phonon induced by defects. To assign the broad band a model was constructed that considers: (i) the Raman frequency of the InAs-like mode with LO character as constant with x in bulk I nGaAs; (ii) confinement effects for the large dots formed has negligible effects in the quantum dot Raman frequency; (iii) The strain scale with x, the maximun value corresponds to that obtained for InAs. This model allowed to predict a range of frequencies for the dots. The value measured, 245 cm- 1, fit into this range and is, thus, attributed to the InAs-like mode of the In0.25Ga0.75As quantum dots. Selection rules arguments reinforces this assignment. Several additional contributions in the frequency range of interest were considered. In order to analyze those contributions, a detailed study of disorder induced phonons in GaAs, and Raman scattering of As-crystaline and amorphous, was realized. The disorder was produced by laser ablation and the As sample was formed by an oxidation process of an A1As film. Comparison of the Raman spectra allowed to conclude that neither As or GaAs disorder induced phonons contribute to the quantum-dot spectrum.

Nesse trabalho, foi investigado um novo tipo de fotodetector de radiação infravermelha baseado em pontos quânticos de submonocamada de InAs obtidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE, Molecular Beam Epitaxy). Suas propriedades foram comparadas com as de fotodetectores de pontos quânticos de InAs convencionais obtidos pela mesma técnica de deposição, mas no modo de crescimento Stranski-Krastanov. Medidas de corrente de escuro, de ruído, de responsividade e de absorção mostraram que, dependendo da estrutura das amostras, os dispositivos com pontos quânticos de submonocamada podem ter um excelente desempenho. / In this work, we investigated a new type of infrared photodetector based on InAs sub-monolayer quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE). Their properties were compared with those of photodetectors containing conventional InAs quantum dots obtained by the same deposition technique, but in the Stranski-Krastanov growth mode. Dark current, noise, responsivity and absorption measurements have shown that, depending on the structure of the samples, the devices with sub-monolayer quantum dots can perform very well.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_EzequielCosta_D.pdf: 16155551 bytes, checksum: 43337169b3f9ac0ffbe444e3859ff790 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é estudado o transporte quântico em nanoestruturas híbridas compostas por pontos quânticos (PQ) duplos acoplados a eletrodos supercondutores (S) e ferromagnéticos (F). A primeira nanoestrutura, denotada por F - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a um eletrodo ferromagnético e outro supercondutor. O segundo sistema, denotado por (F1, F2) - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a dois eletrodos ferromagnéticos e um supercondutor. Através do método de funções de Green de não equilíbrio foram obtidas expressões para a corrente elétrica, condutância diferencial, densidade local de estados (LDOS) e a transmitância para energias inferiores ao gap supercondutor. Neste regime, o mecanismo de transmissão de carga é a reflexão de Andreev, a qual permite controlar a corrente através da polarização do ferromagneto. A presença de interações nos PQs é considerada usando um tratamento de campo médio. Para o sistema F - PQa - PQb - S, as interações tendem a localizar os elétrons nos PQs levando a um padrão assimétrico da LDOS reduzindo a transmissão através da nanoestrutura. Em particular, a interação intra PQ levanta a degenerescência de spin reduzindo o valor máximo da corrente devido ao desequilíbrio nas populações de spin up e spin down. Regiões de condutância diferencial negativa (CDN) aparecem em determinados valores do potencial aplicado, como resultado da competição entre o espalhamento Andreev e as correlações eletrônicas. Aplicando-se um potencial de gate nos pontos quânticos é possível sintonizar o efeito mudando a região onde este fenômeno ocorre. Para o sistema (F1, F2) - PQa - PQb - S observou-se que o sinal da magnetoresistência pode mudar de positivo para negativo mudando-se o sinal do potencial aplicado. Além disso é possível controlar a corrente no primeiro eletrodo mudando-se o valor do potencial no segundo ferromagneto. Este tipo de controle pode ser interessante do ponto de vista de aplicações desde que é um comportamento similar a um transistor. Na presença de interações nos PQs, observou-se novamente regiões de CDN para determinados valores do potencial aplicado mesmo para quando os ferromagnetos estão completamente polarizados. Desta forma, a interação entre supercondutividade e correlações eletrônicas permitiu observar fenômenos originais mostrando que este sistemas podem ser utilizados em aplicações tecnológicas futuras / Abstract: In this work we studied the quantum transport in two hybrid nanostructures composed of double quantum dots (DQD)s coupled to superconductor (S) and ferromagnetic (F) leads. The first nanostructure, denoted by F - QDa - QDb - S, is composed of a ferromagnet, two quantum dots, and a superconductor connected in series. In the second nanostructure, denoted by ( F1, F2) - QDa - Q Db - S, a second ferromagnetic lead is added and coupled to the first QD. By using the non-equilibrium Green's function approach, we have calculated the electric current, the differential conductance and the transmittance for energies within the superconductor gap. In this regime, the mechanism of charge transmission is the Andreev re°ection, which allows for a control of the current through the ferromagnet polarization. We have also included interdot and intradot interactions, and have analyzed their influence through a mean field approximation. For the F - QDa - QDb - S system the presence of interactions tend to localize the electrons at the double-dot system, leading to an asymmetric pattern for the density of states at the dots, and thus reducing the transmission probability through the device. In particular, for non-zero polarization, the intradot interaction splits the spin degeneracy, reducing the maximum value of the current due to different spin-up and spin-down densities of states. Negative differential conductance (NDC) appears for some regions of the voltage bias, as a result of the interplay of the Andreev scattering with electronic correlations. By applying a gate voltage at the dots, one can tune the effect, changing the voltage region where this novel phenomenon appears. In the (F1, F2) - QDa - QDb - S, we have found that the signal of the magnetoresistance can be changed through the external potential applied in the ferromagnets. In addition, it is possible to control the current of the first ferromagnet (F1) through the potential applied in the second one (F2). This transistor-like behavior can be useful in technological applications. In the presence of interaction at the dots it was observed the NDC effect even when the electrodes were fully polarized. The results presented in this thesis show that the interplay between the superconductor correlation and electronic interactions can give rise to original effects which can be used in future technological applications / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-29Bitstream added on 2014-06-13T20:21:46Z : No. of bitstreams: 1 martins_mr_dr_bauru.pdf: 576235 bytes, checksum: cae5dc5f897a536d60d112303dafaf34 (MD5) / Secretaria de Educação do Estado de São Paulo / Neste trabalho investigamos pontos quânticos de InAs sobre um substrato de GaAs crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE, Molecular Beam Epitaxy). Esses pontos quânticos emitem radiação no intervalo de 1,3 üm a 1,5 üm (0,95 eV a 0,83 eV), que corresponde à janela óptica onde ocorre a mínima atenuação do sinal em redes de transmissão por fibras ópticas. Realizamos dois tipos de estudo em dois conjuntos de amostras. No primeiro caso analisamos a influência de alguns parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas desses pontos quânticos. No segundo caso, analisamos a influência de um tratamento térmico nas propriedades ópyicas. Resultados de fotoluminescência (PL - photoluminescence) para o primeiro estudo mostraram uma grande influência da velocidade de crescimento nos espectros de emissão que apresentaram múltiplos picos, muito provavelmente associados com o estado fundamental e seus respectivos estados excitados dos pontos quânticos. Para o segundo estudo os resultados de PL mostraram que a emissão óptica consistia de uma larga banda situada entre 1,3 a 1,5 üm. Entretanto, observou-se que, após tratamento térmico durante 3 horas a uma temperatura de 550 ºC, a intensidade da PL aumentou por um fator 3. Além disso, a larga banda observada tornou-se um conjunto de pelo menos 5 picos discretos. O efeito de tratamentos térmicos em poços quânticos é bem conhecido e foi bem explorado na literatura. Em pontos quânticos, os mesmos efeitos também existem, porém, outros de igual importância tembém se apresentam. Dentre os mais importantes podemos citar a redistribuição dos tamanhos dos pontos quânticos, que podem em alguns casos limites fazer com que o ponto quântico desapareça, e a redistribuição das tensões entre a interface ponto quântico/matriz. Neste trabalho... / This study investigated InAs large quantum dot on GaAs substrate grown by the techique of molecular beam epitaxy (MBE). These quantum dots emit in the spectral range of 1.3 üm and 1.5 üm (0.95 eV to 0.83 eV), which corresponds to the window of minimal signal attenuation on transmission networks by optical fiber. We have performed two kinds of study into two different sets of samples. In the first case, we have analyzed the influence of some growth parameters on the optical properties of these quantum dots. In the second one, we have analyzed the influence of a thermal treatment on the optical properties. Results of photoluminescence (PL) on the first study showed a great influence of growth velocity in the PL spectra line shape. For the second study the results of PL on an as grown sample showed that the emission signal was a large optical band in the wave length range of 1.3 üm and 1.5 üm. However, it was observed that after the thermal treatment of 3 hours at a temperature of 550 ºC, the intensity of these PL emissions increased by a factor 3. Moreover, the observed large band has become a series of at least 5 discrete peaks. The effect of heat treatments in quantum wells is well known and has been well explored in literature. In quantum dot, the same effects are expected; however, other equally important effects are also present. The most important is the size redistribution of the quantum dots, which can in some limit cases, vanish these quantum dot. Our study identified the origin of these multiple peaks, and found emissions of PL at room temperature in the optical window between 1.3 and 1.5 üm.

Ilhas de InxGa1-xAs são de grande interesse no desenvolvimento tecnológico de lasers de diodos e diodos emissores de luz. As ilhas de InxGa1-xAs investigadas neste trabalho foram crescidas sobre um substrato semi-isolante de GaAs (001) pelo método de auto-organização usando epitaxia de feixe molecular. Este tipo de ilha, quando isolada e de pequeno tamanho, é considerada um ponto quântico ou sistema zero-dimensional. As amostras foram caracterizadas através do uso da microscopia de força atômica. A densidade e o tamanho dos pontos aumenta com a diminuição da fração molar de In, resultando em uma maior cobertura para o caso de x = O, 25. As características principais dos espectros Raman são os picos que correspondem aos modos LO e TO do substrato de GaAs. Duas estruturas adicionais aparecem no espectro: um pico estreito em 222 cm- 1 e uma banda larga de mais alta energia, que só é resolvida para x = O, 25, centrada em 245 cm-1. O pico em 222 cm-1 é provavelmente devido ao fônon LA(X) do GaAs normalmente proibido, induzido por defeitos. Para identificar a banda larga foi construído um modelo que considera: (i) a frequência Raman do modo tipo- InAs com caráter de LO como constante com a variação de x no InGaAs 3-D; (ii) efeitos de confinamento não afetam a frequência Raman dado ao tamanho dos pontos quânticos das amostras deste trabalho; (iii) A tensão escala com x e o valor máximo ocorre para o composto binário InAs. Este modelo permite prever um intervalo de frequências para os pontos quânticos. O valor medido, 245 cm- 1, está dentro deste intervalo e portanto foi atribuído ao modo tipo-InAs dos pontos quânticos de In0,25Ga0,75As Considerações de simetria reforçam esta designação. Contribuições adicionais de fônons foram consideradas no intervalo de energia de interesse. Para analisar estas contribuições, foi feito um estudo detalhado dos fônons induzidos por desordem em camadas de GaAs, e espalhamento Raman de As cristalino e amorfo. A desordem foi produzida através da erosão por laser e a amostra de As foi formada por um processo de oxidação de um filme de AlAs. Comparação dos espectros Raman permitiu concluir que não houve contribuição de fônons induzidos por desordem no espectro do ponto quântico, seja de GaAs ou arsênio. / InxGa1-x As islands are interesting for use in Laser diode and light-emitting diode technology. The InxGa1-x As islands investigated in this work were grown on semi-insulating (001) GaAs substrates by the self-organization method using molecular beam epitaxy. This type of island, when isolated and of small size, is considered as a quantum dot or zero-dimensional system. The samples were characterized by use of atomic force microscopy. The dot density and size were seen to increase as the In molar fraction decreased, resulting in a large dot­ coverage in the case of x = 0.25. The Raman spectra main features were the peaks corresponding to the LO and TO modes of GaAs-substrate. Second order structures were also present around 520 cm-1 (160 cm-1) for optical (acoustic) vibration of GaAs. Two additional structures appear as a sharp peak at 222 cm- 1 and higher energy broad band, which is resolved only for x = 0.25, at 245 cm- 1. The peak in 222 cm-1 is probably due to the normally forbidden GaAs LA(X) phonon induced by defects. To assign the broad band a model was constructed that considers: (i) the Raman frequency of the InAs-like mode with LO character as constant with x in bulk I nGaAs; (ii) confinement effects for the large dots formed has negligible effects in the quantum dot Raman frequency; (iii) The strain scale with x, the maximun value corresponds to that obtained for InAs. This model allowed to predict a range of frequencies for the dots. The value measured, 245 cm- 1, fit into this range and is, thus, attributed to the InAs-like mode of the In0.25Ga0.75As quantum dots. Selection rules arguments reinforces this assignment. Several additional contributions in the frequency range of interest were considered. In order to analyze those contributions, a detailed study of disorder induced phonons in GaAs, and Raman scattering of As-crystaline and amorphous, was realized. The disorder was produced by laser ablation and the As sample was formed by an oxidation process of an A1As film. Comparison of the Raman spectra allowed to conclude that neither As or GaAs disorder induced phonons contribute to the quantum-dot spectrum.

MELO, Heitor Alves de. Propriedades eletrônicas de pontos quânticos contendo muitos elétrons. 2010. 75 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Física, Fortaleza, 2010 . / Submitted by francisco lima (admir@ufc.br) on 2012-11-27T15:20:10Z No. of bitstreams: 1 2010_hadmelo.pdf: 2475149 bytes, checksum: f2b733568c55c95683fc14e493c5ab31 (MD5) / Approved for entry into archive by Nirlange Queiroz(nirlange@gmail.com) on 2015-09-18T12:10:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_hadmelo.pdf: 2475149 bytes, checksum: f2b733568c55c95683fc14e493c5ab31 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-09-18T12:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_hadmelo.pdf: 2475149 bytes, checksum: f2b733568c55c95683fc14e493c5ab31 (MD5) / This work investigates the eletronic properties of semiconductor quantum dots in which there are many electrons con ned. In particular, we study Si and Ge quantum dots embedded in dielectric matrices (SiO2 e HfO2). The theoretical methos used to calculate the total energy of N electrons con ned in quantum dots is based on a simpli ed version of the Hartree-Fock method. In this model, the total energy is obtained from single-particle wavefunctions and eigen-energies. The obtained results show that the total energy in Ge quantum dots are always larger than in Si ones. The reason is the smaller electron e ective mass in Ge, which raises the energies of the con ned states. As for the role of the dielectric matrix, the total energy is always larger for SiO2 than for HfO2. Physically, this e ect is caused by the fact that SiO2 has larger con nement barriers (3.2 eV) than HfO2 (1.5 eV). Smaller barriers favor larger spatial extent of the wavefunctions, decreasing the repulsion energy of the con ned electrons. The chemical potential and additional energy was also calculated as function of the number of con ned electrons. It was observed that the chemical potential of Ge quantum dots are always larger than Si ones, but the role of the dielectric matrix is inverted. The chemical potential for HfO2 is larger than for SiO2. With respect to the additional energy, we observed that this quantity strongly oscillates within the range 0 to 0.4 eV for cases. If one takes into account that the Coulomb blockade phenomena is only observed for additional energies much larger the thermal enegy (of the order of 3=2kBT), this phenomena can only be observed for the case where there are only a few electrons con ned in the quantum dots. / Este trabalho dedica-se ao estudo das propriedades eletrônicas de pontos quânticos semicondutores contendo muitos el etrons con nados. Em particular, ser~ao investigados pontos quânticos de Si e Ge imersos em matrizes diel etricas (SiO2 e HfO2). O m etodo te orico utilizado para calcular a energia total de um sistema de N el etrons con nados baseia-se numa vers~ao simpli cada do m etodo de Hartree-Fock. Neste modelo a energia total e calculada a partir das fun ções de onda e estados de energia de uma unica part cula. Os resultados obtidos mostram que a energia total em pontos quânticos de Ge s~ao em geral maiores que em pontos quânticos de Si, independentemente do n umero de el etrons con nados. Isto acontece devido a massa efetiva menor dos el etrons no Ge que aumentam as energia de con namento. Em rela ção ao papel das barreiras diel etricas, a energia total e sempre maior nos casos em que o ponto quântico est a envolvido por SiO2. Fisicamente, isto se deve ao fato de que a barreira de con namento do SiO2 (3.2 eV) e maior que a do HfO2 (1.5 eV). Barreiras mais baixas favorecem o aumento da extensão espacial das funções de onda, reduzindo a repulsão coulombiana dos el etrons con nados. Calculouse tamb em o potencial quí mico dos pontos quânticos em fun ção do n umero de el etrons con nados, e a energia adicional necess aria para aprisionar mais um el etron nos pontos quânticos. Veri cou-se que o potencial qu mico dos pontos quânticos de Ge são sempre maiores que nos de Si, por em o potencial qu mico para pontos quânticos envoltos em HfO2 são sempre maiores que no caso do SiO2. Em relação a energia adicional, observa-se que esta quantidade apresenta fortes oscilações e que varia entre 0 e 0.4 eV para todos os casos estudados. Se levarmos em conta que o fenômeno conhecido como bloqueio de Coulomb acontece quando a energia adicional e muito maior que a energia t ermica (da ordem de 3=2kBT), este fenômeno s o ser a observado quando houver poucos el etrons con nados nos pontos quânticos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3100.pdf: 15486082 bytes, checksum: 5571e424d9aa0ed6b176f29ef78c25dc (MD5) Previous issue date: 2010-05-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, we have studied spin polarization of carriers in a resonant tunneling diode GaAs/AlGaAs with InAs quantum dots in the center of the quantum well. We have observed that the photoluminescence of quantum dots depends on applied voltage and light intensity. Our results were explained by the capture of minority carriers (holes) to quantum dot energy levels in the resonant conditions. We have also studied the polarized resolved photoluminescence under magnetic field applied parallel to the tunnel current. We have observed that the degree of circular polarization is voltage-dependent under low voltage and laser intensity condition. We have also observed that the degree of polarization of quantum dots tends to zero for high applied voltages. Our results show that the circular polarization depends on the injection and capture of holes by quantum dots. Finally, we observed that the circular polarization from quantum dots can be voltage and light-controlled and could be interesting for the developing of new spintronics devices. / Neste trabalho realizamos um estudo detalhado de efeitos de spin em um diodo de tunelamento ressonante GaAs/AlGaAs do tipo n com pontos quânticos de InAs no poço quântico. Os estudos foram realizados a partir de medidas elétricas e ópticas na presença e ausência de campo magnético. Os resultados obtidos na ausência de campo magnético são semelhantes aos resultados publicados na literatura para mesma amostra estudada. Em particular, obtivemos uma boa correlação entre a intensidade de luminescência dos quantum dots e a curva característica corrente - tensão (I(V)) do diodo. Os dados obtidos foram associados aos processos de tunelamento, relaxação e captura de portadores nos níveis de energia dos dots. As medidas realizadas na presença de campo magnético foram feitas da configuração de campo magnético paralelo à corrente elétrica no dispositivo. Tal disposição leva à quebra na degenerescência dos níveis em spin dos dots, e resulta em recombinação de portadores com regras de seleção bem definidas com luz circularmente polarizada. Observamos que tanto a emissão circularmente polarizada à esquerda como à direita são dependentes da tensão aplicada no diodo, principalmente na região de baixas voltagens. À medida que a tensão aumenta, a intensidade de polarização tende a zero. Os resultados obtidos são originais e devem auxiliar na compreensão de fenômenos de spin desses sistemas. Esse trabalho poderá também ter interesse no desenvolvimento de possíveis dispositivos de spintronica contendo pontos quânticos.