Inserido no contexto de fontes de energia renováveis, este trabalho consiste na síntese e caracterização de filmes de bastões de ZnO modificados com quantum dots de CdTe a fim de serem aplicados em células fotoeletroquímicas. Bastões de ZnO são materiais interessantes, porque este tipo de estrutura facilita o transporte de portadores de carga, minimizando a perda destes nos contornos de grão, sua recombinação e aniquilação. A modificação do filme de ZnO com nanocristais de CdTe deve aumentar a eficiência da fotoconversão, facilitando a separação de carga e transferência de elétrons, e isso aumenta a estabilidade dos nanocristais, impedindo a corrosão anódica e a decomposição destes. O filme de ZnO foi eletrodepositado potenciostaticamente sobre a superfície de ITO. As análises de MEV e EDX indicaram que filme de ZnO obtido é homogêneo e consiste de bastões com razão atômica de Zn e O de acordo com a estequiometria 1:1. O resultado de DRX apresentou três planos característicos do ZnO na forma cristalina wurtzita. O plano (002) foi o predominante, indicando a orientação dos bastões no eixo c vertical ao substrato. O filme de ZnO tem espessura de 550 nm, bandgap 3,27 eV, potencial de banda plana de 0,4 V e densidade de portadores de carga de 8,9 x 1019 cm-3. O procedimento sintético dos pontos quânticos de CdTe ocorreu a partir da dissolução de óxido de cádmio em ácido tetradecilfosfônico e octadeceno (ODE) a 300 °C. Subsequentemente, a solução precursora de cádmio foi resfriada a 260 °C e então a solução precursora de telúrio, preparada pela dissolução de telúrio e tributilfosfina em ODE, foi injetada. Os nanocristais obtidos foram dispersos em hexano, precitados com etanol e finalmente os quantum dots foram armazenados em tolueno. A partir das análises de UV-Vis e TEM foi possível estimar o tamanho dos pontos quânticos de CdTe com aproximadamente 4 nm. O DRX dos nanocristais de CdTe apresentou os planos característicos principais da estrutura da blenda de zinco. O eletrodo de ZnO modificado com os quantum dots de CdTe (ZnO/CdTe) foi obtido após 24 h de imersão em uma solução de acetonitrila contendo ácido mercaptopropiônico e ácido propiônico. Subsequentemente, o filme de ZnO modificado com o ligante foi imerso por 48 h na dispersão de pontos quânticos de CdTe. O espectro de FTIR revelou a ausência do estiramento simétrico de C=O em 1700 cm-1. Por outro lado o espectro revelou a presença dos modos assimétrico e simétrico vas(CO2-) e vs(CO2-) que foram observados em 1631 e 1417 cm-1, respectivamente. A transformação de Kulbeka-Munk do espectro de reflectância do eletrodo ZnO/CdTe apresentou a banda relativa ao CdTe no mesmo comprimento de onda observado quando este encontrava-se na dispersão. O eletrodo ZnO/CdTe mostrou um valor de fotocorrente de 138 µA, um valor 10 vezes maior que o obtido para o ZnO. Nos experimentos de IPCE (eficiência de conversão do fóton incidente à corrente) um aumento de aproximadamente cinco vezes também foi observado para o eletrodo de ZnO/CdTe. A dinâmica dos portadores de carga foi investigada por TAS (Espectroscopia de Absorção Transiente) nas escalas de tempo fs e µs para os eletrodos de ZnO e de ZnO/CdTe. A análise TAS indicou um tempo de vida menor para o filme ZnO/CdTe em comparação com filme ZnO. A medidas com o eletrodo de Clark demonstraram uma produção de oxigênio pelo eletrodo de ZnO/CdTe. Assim, o filme de ZnO/CdTe proposto apresenta-se como um material promissor para aplicações fotoeletroquímicas. / Placed in the context of renewable energy sources, this work consists of the synthesis and characterization of ZnO films modified CdTe quantum dots to be applied in photoelectrochemical cells. ZnO rods are interesting materials because this kind of structure facilitates the charge carriers transport, minimizing the loss of these at grain boundaries and their recombination and annihilation. The ZnO film modification with CdTe nanocrystals should increase the photoconversion efficiency by facilitating charge separation and electron transfer, and it increases the nanocrystals stability, preventing it from anodic corrosion and decomposition. The ZnO film was electrodeposited potenciostatically on ITO surface. SEM and EDX analysis indicated that the ZnO film obtained is homogeneous and it consists of rods with atomic ratio of Zn and O according to 1:1 stoichiometry. XRD result showed three characteristic planes of ZnO in wurtzite crystalline form. The (002) plane is the predominant, indicating the rods orientation in the c-axis vertical to the substrate. The ZnO film also has a thickness of 550 nm, bandgap of 3.27 eV, flat band potential of 0.4 V and density of charge carriers 8,9 x 1019 cm-3. The synthetic procedure of CdTe quantum dots occurred from the dissolution cadmium oxide in tetradecylphosphonic acid and octadecene (ODE) to 300 °C. Subsequently, cadmium precursor solution of was cooled to 260 °C and then the tellurium precursor solution, prepared by dissolving tellurium in tributylphosphine and in ODE was injected. The obtained nanocrystals were dispersed in hexane, precipitated with ethanol and finally the quantum dots were stored in toluene. From UV-Vis and TEM analysis was possible to estimate the quantum dots size of CdTe as 4 nm. The XRD of CdTe nanocrystals presented the main characteristic planes of zinc blend structure. ZnO electrode modified with CdTe quantum dots (ZnO/CdTe) was obtained by 24 h immersion in a solution of acetonitrile containing mecaptopropionic acid and propionic acid. Subsequently, the ZnO film modified with the linker was immersed for 48 h in CdTe quantum dots dispersion. FTIR spectrum reveals the absence of a symmetrical C=O stretching mode at approximately 1700 cm-1. Instead, the spectrum shows the presence of the asymmetric and symmetric vas(CO2-) and vs(CO2-) modes were observed at 1631 and 1417 cm-1, respectively. Kulbeka-Munk transformation of the reflectance spectrum of the ZnO/CdTe electrode presented the band related to CdTe in the same wavelength observed when this was in the dispersion. The ZnO/CdTe electrode showed a photocurrent value of 138 µA, a value 10 times greater than that obtained for ZnO. At IPCE experiments (incident photon-to-current efficiency) an increase of approximately five times was also noticed to the electrode of ZnO/CdTe. Dynamics of charge carriers was investigated by fs and µs TAS (Transient Absorption Spectroscopy) for ZnO and ZnO/CdTe electrodes. TAS analyses indicate a short life time to ZnO/CdTe electrode compared to ZnO film. Clark electrode measurements showed oxygen production by ZnO/CdTe electrode. Thus, ZnO/CdTe proposed electrode is presented as promising material for photoelectrochemical applications.

Este trabalho apresenta o resultado de investigações sobre efeitos de spin em amostras de poços quânticos simples e duplos de AlGaAs, crescidos em substratos de GaAs por MBE - Molecular Beam Epitaxy. O estudo se concentra na variação do fator g de Landé ao longo da estrutura dos poços, a qual ocorre em virtude da dependência dessa grandeza, com respeito ao conteúdo de Al na liga AlGaAs. Através de cálculos autoconsistentes foram encontradas a distribuição eletrônica nos poços e a penetração da densidade eletrônica nas barreiras. Os cálculos se basearam em valores de densidade superficial de elétrons ns medidos experimentalmente em diversas amostras através de medidas de Hall e Shubnikov-de Haas. O estudo permitiu a determinação do valor esperado do fator g de Landé, em função do deslocamento da densidade eletrônica dentro dos poços devido `a ação de campos elétricos externos arbitrário. Também foi estudada a influência do tunelamento da densidade eletrônica dos poços. / In this work we presents the results of our investigations concerning MBE grown AlGaAs/GaAs single and double quantum well samples. We focused on the variation of the Land´e g factor along the structure of the quantum wells, which occur as a consquence of its dependence on the Al content on the alloy AlGaAs. The electronic distribution on the wells and the penetration of the eletronic density into the barriers of the samples were found through selfconsistent calculations. The calculations were based on the eletronic sheet density ns measured through Hall and Shubinikov-de Haas efects. This research allowed the determination of the expected value of the Landé g-factor, as a function of the displacement of the electronic state inside the wells due to an arbitrary external electric field action. Also the influence of the tunneling effects was also studied.

Poços e super-redes delta-doping tipo são sistemas semicondutores de interesse considerável tanto para a pesquisa básica como para aplicações em dispositivos. Neste trabalho desenvolvemos um novo método para o cálculo de potenciais e estruturas de bandas deste tipo de sistemas. O método baseia-se na expansão em ondas planas da equação da massa efetiva multibandas, usa matrizes de energia cinética de qualquer tamanho e leva em conta o potencial de troca e correlação de uma maneira mais rigorosa do que em trabalhos anteriores. São calculados perfis de potencial e estrutura de minibandas e subbandas bem como a posição do nível de Fermi de uma série de poços isolados e super-redes delta-doping tipo p. São estudadas também as diferenças entre super-redes delta-doping tipo p e tipo n. A partir deste método foi desenvolvido ainda um procedimento de cálculo de espectros de fotoluminescência dos poços estudados. Este procedimento baseia-se nas forças de oscilador das transições entre os buracos confinados no interior do poço e os elétrons livres da banda de condução. Ele é utilizado para calcular funções envelope, integrais de superposição e espectros de transições diretas e indiretas. Por fim, comparamos espectros calculados teoricamente com resultados experimentais extraídos da literatura. / p-type ro-doping quantum wells and superlattices are semiconductor systems of considerable interest for basic research and device applications. In this work, a method for calculating potentials and band structures of such systems is developed. The method relies on a plane wave expansion of the multiband effective mass equation, uses kinetic energy matrices of any size, and takes exchange correlation into account in a more rigorous way than this was done before. The method is used to calculate potential profiles, subband and miniband structures as well as Fermi level positions for a series of p-type delta-doping quantum wells and superlattices. The differences between n- and p-type delta-doping structures are studied. In addition to this we developed a procedure within this method to ca1culate photoluminescence (PL) spectra of the wells studied. It depends on the oscillator strength between the holes inside the wells and the free electrons on the conduction band. We use this procedure to calculate envelope functions, overlap integrals and direct and indirect transitions spectra. Finally, we compare our theoretical calculations of PL spectra with experimental results extracted from the literature.

Many observable properties of semiconductor systems, such as transport and optical transitions, are manifestations of their underlying electronic band structures, i. e., the energy levels that electrons may have in the semiconductor. Among the theoretical approaches to calculate the band structure, the k.p method is a versatile framework that can be extended to deal with confined systems, overcoming the computational limitations of first principles methods. In this thesis, we develop and apply k.p Hamiltonians to investigate spin and optical physical phenomena in unconventional semiconductor systems. Specifically, we addressed three different topics: spin lasers, polytypism in III-V semiconductors and spin-orbit coupling effects in wurtzite materials. For spin lasers, we investigate the behavior of their active region, in a VCSEL geometry, based on GaAs/AlGaAs zinc-blende quantum wells by calculating the spin-dependent gain coefficient. Assuming spin polarized electrons, our calculations showed the spin-filtering and the threshold reduction features found in experiments and by the conventional rate equation approach in the steady-state operation. Motivated by experimental evidence of enhanced dynamic operation for light polarization because of anisotropies in the semiconductor system, we calculate the birefringence coefficient of the active region under uniaxial strain. Our calculations showed that, even for a small value of applied strain, the birefringence coefficient can easily exceed 200 GHz. In fact, our predictions were experimentally demonstrated for values up to 250 GHz in similar GaAs/AlGaAs spin VCSELs. For the polytypism topic, we develop a k.p model combined with the envelope function approximation to investigate the polytypismin III-V semiconductor systems with mixed zinc-blende and wurtzite crystal structures. We apply our model for InP polytypic quantum wells to investigate quantum confinement and strain effects. We then extended this polytypic model to include the explicit coupling between the conduction and the valence bands in order to investigate optical properties in InP polytypic superlattices. For pure phase nanowires, modeled with bulk calculations and the optical confinement, we can see the same experimental trends regarding the light polarization, i. e., zinc-blende phase favors light polarization along the nanowire axis while wurtzite phase favors the polarization perpendicular to the axis. Including the crystal phase mixing and the quantum confinement effects, we obtain the degree of light polarization ranging from pure zinc-blende to pure wurtzite nanowires and, more specifically, that this degree of polarization is very sensitive to the size of zinc-blende regions, a feature that is also observed in photoluminescence measurements. Finally, we develop a realistic k.p Hamiltonian, with parameters obtained from ab initio band structures, to investigate electronic properties and spin-orbit coupling effects in InAs and InP semiconductors with wurtzite structure. Our 8×8 k.p model describes the conduction and the valence bands, including spin, around the energy gap. We also include the k-dependent spin-orbit coupling term, usually neglected in the literature, to correctly describe the bulk inversion asymmetry of wurtzite structure. We show that all the investigated energy bands have a spin expectation value that follows a Rashba-like spin texture, with either clockwise or counter clockwise orientation. We emphasize that all the ab initio features of band structure, spin splittings and spin orientation were systematically checked to provide the best parameter sets. Using the 8×8 k.p Hamiltonian, we calculated the density of states and predicted the carrier density as a function of the Fermi energy. We also provide an analytical approach for conduction band and a compact description for the valence bands, however, the 8×8 Hamiltonian is the best approach to recover the ab initio calculations around a large region of the first Brillouin zone. / Diversas propriedades observáveis de sistemas semicondutores, como transporte e transições óticas, são manifestações de suas estruturas de bandas eletrônica, isto é, os níveis energéticos que elétrons podem ocupar no semicondutor. Entre as abordagens teóricas para o cálculo de estrutura de bandas, o método k.p é uma ferramenta versátil que pode ser estendida para tratar sistemas confinados, superando as limitações computacionais de métodos de primeiros princípios. Nesta tese, nós desenvolvemos e aplicamos Hamiltonianos k.p para fenômenos físicos óticos e de spin em sistemas semicondutores não convencionais. Especificamente, nós consideramos três tópicos diferentes: lasers de spin, politipismo em semicondutores III-V e efeitos do acoplamento spin-órbita em materiais com estrutura cristalina wurtzita. Para os lasers de spin, investigamos o comportamento de sua região ativa, em uma geometria VCSEL, baseada em poços quânticos de zinc-blende GaAs/AlGaAs através do cálculo do coeficiente de ganho dependente de spin. Assumindo elétrons com polarização de spin, nossos cálculos mostraram as características de filtro de spin e de redução do limiar de laser encontradas em experimentos e pela abordagem convencional de equações de taxa no regime estacionário. Motivados pelas evidências experimentais de operação dinâmica mais veloz para a polarização da luz devido às anisotropias do sistema, calculamos o coeficiente de birrefringência para a região ativa sob efeito de uma tensão uniaxial. Nossos cálculos mostraram que, mesmo para um pequeno valor de tensão aplicada, o coeficiente de birrefringência pode facilmente exceder 200 GHz. Na realidade, nossas predições foram demonstradas experimentalmente para valores de até 250 GHz em um dispositivo VCSEL de spin de GaAs/AlGaAs similar ao nosso sistema estudado. Para o politipismo, desenvolvemos um modelo k.p combinado com a aproximação da função envelope para investigar o politipismo em sistemas semicondutores III-V com mistura de estruturas cristalinas zinc-blende e wurtzita. Aplicamos o modelo para poços quânticos politípicos de InP para investigar efeitos de confinamento quântico e de tensão. Também estendemos esse modelo politípico para incluir explicitamente o acoplamento entre as bandas de condução e valência com o intuito de investigar propriedades óticas em superredes politípicas de InP. Para nanofios com fase cristalina pura, modelados por cálculos na forma bulk com inclusão do confinamento ótico, observamos as mesmas características experimentais para a polarização da luz, isto é, a fase zinc-blende favorece a polarização da luz ao longo do eixo do nanofio enquanto a fase wurtzita favorece a polarização perpendicular ao eixo. Incluindo a mistura cristalina e os efeitos de confinamento quântico, obtemos o grau de polarização linear variando entre os valores de nanofios puros de zinc-blende e wurtzita e, mais especificamente, que esse grau de polarização é muito sensível ao tamanho das regiões de zinc-blende, uma característica também observada em medidas de fotoluminescência. Finalmente, desenvolvemos um Hamiltoniano k.p realista, com parâmetros obtidos de estruturas de bandas por primeiros princípios, para investigar propriedades eletrônicas e efeitos do acoplamento spin-órbita em materiais semicondutores de InAs e InP com estrutura cristalina wurtzita. Nosso modelo k.p 8×8 descreve as bandas de condução e valência, incluindo spin, em torno da energia de gap. N´os também incluímos o termo de acoplamento spin-órbita dependente de k, geralmente desprezado na literatura, para descrever corretamente a assimetria de inversão de bulk da estrutura wurtzita. Mostramos que todas as bandas de energia investigadas possuem um valor esperado de spin que segue a textura de spin do tipo Rashba, com orientação no sentido horário ou anti-horário. Nós enfatizamos que todas as características da estrutura de bandas, abertura de spin e orientação de spin dos cálculos de primeiros princípios foram sistematicamente checadas para fornecer o melhor conjunto de parâmetros. Usando o Hamiltoniano k.p 8×8, calculamos a densidade de estados e obtemos a densidade de portadores como função da energia de Fermi. Fornecemos também uma abordagem analítica para a banda de condução e uma descrição compacta para a banda de valência, no entanto, o Hamiltoniano 8×8 é a melhor abordagem para modelar os cálculos de primeiros princípios em uma ampla região da primeiro zona de Brillouin.

O presente trabalho descreve o procedimento experimental do método de purificação do sal de Triiodeto de Bismuto (BiI3), visando uma futura aplicação destes em cristais semicondutores, como detector de radiação à temperatura ambiente. A técnica de Bridgman Vertical Repetido foi aplicada para a purificação e crescimento de BiI3, baseada na teoria da fusão e o fenômeno de nucleação do material. Uma ampola preenchida com sal de BiI3, na quantidade máxima de 25% do seu volume interno, foi posicionada no interior do forno de Bridgman Vertical e verticalmente deslocada à uma velocidade de 2 milímetros por hora dentro do forno programado obedecendo um perfil térmico e gradiente de temperatura, com uma temperatura máxima de 530°C, estabelecidos neste trabalho. A redução de impurezas no BiI3, para cada purificação, foi analisada por Análise por Ativação Neutrônica Instrumental (AANI), para a verificação da eficiência do técnica de purificação estabelecida neste trabalho, para impurezas de metais traço, presente na matéria prima do cristal Foi demonstrado que a técnica de Bridgman Repetido é eficiente para a redução da concentração de diversas impurezas, como Ag, As, Br, Cr, K, Mo, Na, e Sb. As estruturas cristalinas nos cristais purificados duas e três vezes apresentou similaridade com o padrão do BiI3. No entanto, para o sal de partida e cristal purificado somente uma vez foi observado a contribuição de intensidade BiOI (Oxido de Iodeto de Bismuto) similar ao padrão observada no seu difratograma. É conhecido que detectores semicondutores fabricados a partir de cristais com alta pureza exibem uma melhora significativa no seu desempenho, comparado com os cristais produzidos com cristais de baixa pureza. / This study describes the experimental procedure of a BiI3 purification method powder, aiming a future application of these semiconductor crystals as room temperature radiation detector. The Repeated Vertical Bridgman Technique was applied for the purification, based on the melting and nucleation phenomena. An ampoule filled with a maximum of 25% by volume of BiI3 powder was mounted into the Bridgman furnace and vertically moved at a speed of 2 millimeters per hour, inside the furnace with programmed thermal gradient and temperature profile, at a temperature maximum of 530ºC. The reduction of the impurities in the BiI3, each purification, was analysed by Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA), in order to evaluate the efficiency of the purification technique established in this work, for trace metal impurities. It was demonstrated that the Repeated Bridgman is effective to reduce the concentration of many impurities in BiI3, such as Ag, As, Br, Cr, K, Mo, Na and Sb. The crystalline structure of the BiI3 crystal purified twice and third times was similar to the BiI3 pattern. However, for BiI3 powder and purified once an intensity contribution of the BiOI was observed in the diffractograms. It is known that semiconductor detectors fabricated from high purity crystal exhibit significant improvement in their performance compared to those produced from low purity crystals.

Neste trabalho determinamos a estrutura dos níveis dos estados quase-ligados e virtuais em sistemas de poços quânticos acoplados de AlGaAs-GaAs na presença de um campo elétrico externo (Voltagem) perpendicular às camadas semicondutoras. As heteroestruturas de AlGaAs-GaAs são modeladas por um conjunto de poços quânticos de potencial unidimensionais. Utilizamos a aproximação de função envelope que reduz o problema à solução usual da Equação de Schroedinger de massa efetiva. Os níveis eletrônicos são então determinados utilizando a solução exata da Eq. de Schroedinger em termos das funções de Airy nos poços e barreiras e um formalismo de Matriz de Iteração com Análise de \"Phase-shift\". Nossos resultados estão em boa concordância com resultados experimentais de transições ópticas. Motivados pelas propriedades singulares dos sistemas de dupla barreira, investigamos o tunelamento ressonante de elétrons através de multi-barreiras e a formação de regiões de resistência negativa na curva característica de corrente X voltagem. Para os processos de tunelamento em multi-barreiras determinamos o Coeficiente de Transmissão, como função da energia do elétron incidente, usando o formalismo de Matriz de Iteração. Este método pode ser bastante útil na interpretação de resultados experimentais nestes dispositivos. Calculamos também a densidade de corrente de tunelamento versus a voltagem aplicada no caso de dupla barreira de modo a interpretar recentes resultados experimentais. / In this work the quasi-bound and virtual levels of both electrons and holes are determined in the case of coupled AlxGa1-xAs-GaAs quantum wells in the presence of an external electric (Voltage) perpendicular to the layers. The heterostructures field of AlxGa1-xAs-GaAs are mimicked by a set of unidimensional quantum well potentials. We employ the envelope function approximation and solve the usual effective mass Schrödinger Equation. The electronic levels are then determined by using the exact solution of Schrödinger Eq. in terms of Airy functions into the wells and barriers and an Iteraction Matrix formalism with the Phase-shift method. Our results are in a good agreement with the experimental results of optical measurements. Motivated by the unusual properties of double-barriers devices we investigated the resonant tunneling of electrons through multi-barriers. The transmission Coefficient as a function of energy of the incident electron is determined by using an Interaction Matrix formalism. This method can be very useful in the interpretation of experimental results in semiconductor devices. We also calculate the tunneling current density as a function of applied voltage in the case of a double-barrier in order to interpret recent experimental results.

Neste trabalho investigamos pela primeira vez flutuações dependentes de spin em correntes eletrônicas polarizadas através de estruturas magnéticas. Nosso sistema físico consiste de uma heteroestrutura com tunelamento ressonante formada por um poço ou \"ponto\" quântico contendo Mn, confinado entre duas barreiras de potencial. Usamos um modelo semiclássico baseado em equações de taxa para calcular as ocupações dos estados ressonantes up e down. Estas equações são derivadas de uma equação mestra que descreve a probabilidade de ocupação dos estados de spin em um dado tempo. Funções correlação corrente-corrente são expressas em termos das funções correlação hop-hop (associadas à transições entre os níveis ressonantes up e down) e o shot noise dependente de spin é determinado em termos da matriz variância do sistema, também derivada da equação mestra. Quando consideramos um feixe polarizado e tempos distintos (&#964 &#8593 &#8595 &#8800 &#964 &#8595 &#8593), podemos obter ambas \"correlações positivas\" (&#8249 &#916 &#8593 &#916 &#8595 &#8250 &#8805 0) e/ou \"negativas\" (&#8249 &#916 &#8593 &#916 &#8595 &#8250 &#8804 0) no nosso modelo. A generalização e reinterpretação do modelo de ilhas nos possibilitou (i) investigar flutuações dependentes de spin em correntes polarizadas; (ii) observar aumento e atenuação do shot noise; (iii) verificar que processos de \"spin-flip\" com (&#964 &#8593 &#8595 &#8800 &#964 &#8595 &#8593) são relevantes na atenuação do shot noise e (iv) verificar que o ruído contém informações sobre o processo de \"spin-flip\" / In this work we investigate for the first time spin-dependent fluctuations in spin-polarized electronic currents through magnetic structures. Our physical model consists of a resonant-tunneling heterostructure formed by a Mn-based quantum well or \"point\", confined between a double-barrier potential. We used a semiclassical model based on rate equations to calculate the occupations of the spin-up and spindown resonant states. These equations are derived from a master equation describing the probability of occupation of the spin states at a given time. Current-current correlation functions are expressed in terms of hop-hop correlation functions (for hops between islands representing the up and down states) and the spin-dependent shoi noise is determined in terms of the variance matrix of the system; also derived from the master equation. When we consider a polarized beam and distinctive times (&#964 &#8593 &#8595 &#8800 &#964 &#8595 &#8593), we can obtain both \"positive correlations\" (&#8249 &#916 &#8593 &#916 &#8595 &#8250 &#8805 0) and \"negative correlations\" (&#8249 &#916 &#8593 &#916 &#8595 &#8250 &#8804 0) in our model. The generalization and reinterpretation of the island model allowed us (i) to investigate spin-dependent fluctuations in spinpolarized electronic currents; (ii) to observe enhancement and suppression of shot noise; (iii) to verify that spin-flip processes with (&#964 &#8593 &#8595 &#8800 &#964 &#8595 &#8593) are relevant to shotnoise suppression and (iv) to verify that noise contains information about spin-flip processes

No presente trabalho, investigamos propriedades eletr^onicas, estruturais e de transporte de nanoestruturas do tipo IV e tipo III-V usando c´alculos de primeiros princ´?pios. (I) Como ponto de partida, verificamos sistematicamente a estabilidade do Mn substitucional nas camadas de Ge em uma heteroestrutura de Si/Ge. Estudamos a intera¸c~ao magn´etica Mn-Mn relativa a varia¸c~ao do par^ametro de rede do substrato, indicando uma mudan¸ca na diferen¸ca de energia entre as configura¸c~oes de alto e baixo spin. Para um substrato com par^ametro de rede igual ao do Si, esta diferen¸ca de energia favorece a configura¸c~ao de baixo spin, entretanto com o aumento do par^ametro de rede a configura¸c~ao com alto spin passa a ser a mais est´avel. (II) No estudo de nanofios de Ge, crescidos nas dire¸c~oes [110] e [111], verificamos a depend^encia do gap de energia em rela¸c~ao ao di^ametro do mesmo. Estudamos a reconstru ¸c~ao da superf´?cie (001) para alguns di^ametros de nanofios crescidos na dire¸c~ao [110]. Fizemos um estudo sistem´atico da dopagem de Mn em nanofios de Ge para verificar quais os s´?tios mais est´aveis para a impureza. Investigamos, tamb´em, o acoplamento magn´etico Mn-Mn ao longo da dire¸c~ao de crescimento do fio e radialmente ao mesmo, para diferentes dist^ancias entre os dopantes. (III) A observa¸c~ao de part´?culas de ouro na superf´?cie dos nanofios, vindas da gota de Au utilizada como catalizador no processo de crescimento dos fios, serviu como motiva¸c~ao para o estudo da energia de forma¸c~ao do mesmo em diferentes posi¸c~oes e concentra¸c~oes nos nanofios. Esses resultados possibilitaram-nos o entendimento de como o Au se difunde nos nanofios, se atrav´es da superf´?cie ou pelo interior do fio em situa¸c~oes com maiores e menores concentra¸c~oes do metal. (IV) Verificamos o comportamento da dopagem tipo-n e tipo-p nas propriedades de transporte eletr^onico para as impurezas na regi~ao central e na superf´?cie (001) de nanofios de Ge. Devido a import^ancia da superf´?cie em nanoestruturas, calculamos a varia¸c~ao da transmit^ancia eletr^onica na presen¸ca de liga¸c~oes incompletas conjuntamente com a adsor¸c~ao de uma mol´ecula de OH. (V) Investigamos como o confinamento qu^antico altera o comportamento de defeitos nativos tipo vac^ancias em nanofios de Si. Atrav´es da energia de forma¸c~ao para diferentes s´?tios n~ao equivalentes, verificamos um poss´?vel caminho de migra¸c~ao da vac^ancia para a superf´?cie (001). Calculamos o valor da barreira de migra¸c~ao das regi~oes centrais para a super´?cie (001) do nanofio assim como o valor do U-efetivo que no bulk ´e negativo. (VI) Finalmente, realizamos um estudo sistem´atico de nanofios de materiais III-V (InP e GaAs) e nanopart´?culas de InAs dopadas com Mn. Verificamos as posi¸c~oes de equil´?brio e a possibilidade de uma ordem magn´etica para as impurezas na nanoestrutura. Para as nanopart´?culas, `a medida que o sistema ´e confinado, ocorre uma maior localiza¸c~ao dos estados de buraco e consequentemente uma diminui¸c~ao na diferen¸ca de energia entre as configura¸c~oes com alto e baixo spin, favor´avel ao alto spin. Atrav´es da inser¸c~ao de \"buracos\"podemos aumentar essa diferen¸ca de energia. / In the present work, we investigate electronic, structural and transport properties of semiconductor nanostructures of type IV and III-V using first principles calculations. (I) As a starting point, we verify systematically the stability of substitutional Mn in Ge layers in Si/Ge heterostructures. We study the Mn-Mn magnetic interaction as a function of the lattice parameter of the substrate, and we find that the energy difference between the high and low spin configurations changes as the lattice parameter is modified. Using Si as a substrate, that energy difference favors the low spin configuration, whereas increasing the substrate lattice parameter the high spin configuration becomes more stable. (II) In the study of Ge nanowires, grown along the [110] and [111] directions, we investigate the variation of the energy gap as a function of the nanowire diameter. We study the (001) surface reconstruction for some nanowire diameters grown along the [110] direction. We did a systematic study of Mn doping in the Ge nanowires in order to verify which are the most stable substitutional sites. We also study the Mn-Mn magnetic coupling for their separation parallel to the growth direction as well as perpendicular to it. This study was performed for different distances between the impurities. (III) The gold particles observed in the top surface of the nanowires, a result of the Au droplet used as catalyst in the growth process, was the motivation of the study of the formation energy of Au isolated impurities in different positions and concentrations in the nanowires. These results make it possible to know if the Au atoms will move either along the surface or towards the bulk of the wire. (IV) We verify the behavior of the type-n and type-p doping in the electronic transmission properties for impurities positioned either in the central or in the (001) surface of Ge nanowires. Because of the importance of the surface in nanostructures, we calculate the changes in the electronic transmittance in the presence of a dangling bond and an OH molecule adsorbed in the surface. (V) We investigate how the quantum confinement modifies the behavior of the vacancy native defect in Si nanowires. From the formation energy difference for nonequivalent sites, we verify one possible pathway for the vacancy migration towards the (001) surface, and we calculate the migration barrier from the central region to the nanowire surface. We also calculate the effective-U, and find it to be negative in the bulk region. (VI) Finally, we also made a systematic study of nanowires of type III-V (InP and GaAs) as well as InAs nanoparticles doped with Mn. We study the equilibrium positions and the possibility of a magnetic order for the impurity in these nanostructures. For the nanoparticles, when the system is more confined the hole becomes more localized and, consequently, the energy difference between the high and low spin configuration still favors the high spin but becomes smaller. When we insert holes we can increase this energy difference.

A espectroscopia foto-térmica tem sido largamente usada na investigação de propriedades térmicas e ópticas de materiais sólidos. Neste trabalho, desenvolvemos novas câmaras foto-térmicas as quais foram adaptadas para os estudos de materiais poliméricos. Estendemos o modelo desenvolvido por Mandelis para a espectroscopia fotopiroelétrica (PPES), incluindo nele um termo devido à reflexão de luz na interface amostra-detetor. A aplicação da técnica PPES em filmes de Poli(3-Butiltiofeno) não dopado nos permitiu obter sua condutividade e difusividade térmicas, como também seu gap de energia. Também aplicamos a técnica fotoacústica, com um flash de laser He-Ne, ao estudo de filmes de polímeros transparentes. Finalmente, desenvolvemos um método semi-empírico o qual significa a análise do sinal foto-térmico, quando ele é, principalmente, devido à difusão térmica. / Photothermal spectroscopies have been largely used in the investigation of thermal and optical properties of solids materials. In this work we developed new photothermal cells which were adapted for the study of polymerics materials. We also extended the model developed by Mandelis for the Photopyroeletric Spectroscopy (PPES), including in it a term due to the reflected light in the sample-detector interface. The application of the PPES technique in films of undopedpoly(3-butylthiophene) allowed us to obtain its thermal conductivity and diffusivity, as well as its gap energy. We also applied the photoacoustic technique, with a flash of He-Ne laser to study of transparent films of polymers. Finally we developed a semi-empiric method which simplifies the analysis of the photothermal signal, when it is mainly due to the thermal diffusion.

Neste trabalho usamos a teoria de Thomas-Fermi para estudar as propriedades eletrônicas de semicondutores planarmente dopados, ou delta-dopados, com densidade de dopantes de moderada a alta. O principal objetivo do trabalho é a verificação de que esta teoria apresenta muito bons resultados com os do método auto-consistente na aproximação de Hartree quando aplicada a este tipo de problema. Verificamos que muitas situações físicas relacionadas a semicondutores delta-dopados podem ser descritas de uma maneira simples e com muito bons resultados. Estudamos o problema de um poço isolado e o problema da super-rede, comparando os resultados de Thomas-Fermi e Hartree. / In this work we have used the Thomas-Fermi theory to study the electronic properties of planar doped semiconductors, or delta-doping, with a moderate to high density of dopants. The main aim of this work is to verify that this theory gives very good results when compared with the self-consistent method in the Hartree aproximation. We have checked that many physical situations related to delta-doping can be described in a simple manner and also with very good results. We have studied the single delta problem and the superlattice problem and we have compared the Thomas-Fermi´s and Hartree´s results.