Universidade Federal de Uberlândia / In this work we investigate theoretically the dissipative dynamics of exciton states in a system constituted by coupled quantum dots, which in turn exhibit a great flexibility and experimental ability to change their energy spectrum and structural geometry through of external electric fields. In this way, the optical coherent control of charge carriers enables the investigation of several quantum interference process, such as tunneling induced transparency. We investigate the optical response of the quantum dot molecule considering different optical regimes and electric field values, where the tunneling between the dots can establish efficiently quantum destructive interference paths causing significant changes on the optical spectrum. Using realistic experimental parameters we show that the excitons states coupled by tunneling exhibit a controllable and enriched optical response. In this system, we also investigate the entanglement degree between the electron and hole, and we demonstrate through of the control of parameters such as, the applied gate voltage, the incident laser frequency and intensity, the system goes to an asymptotic state with a high entanglement degree, which is robust to decoherence process. / Neste trabalho investigamos teoricamente a dinâmica dissipativa de estados de éxcitons em um sistema formado por pontos quânticos duplos, que por sua vez apresentam uma grande flexibilidade e capacidade experimental em alterar seu espectro de energia juntamente com sua forma estrutural por meio de campos elétricos externos. Deste modo, o controle óptico coerente de portadores de carga nessas nanoestruturas permite a investigação de diversos processos de interferência quântica, tais como transparência induzida por tunelamento. Investigamos a resposta óptica da molécula quântica considerando diferentes regimes ópticos e valores de campo elétrico, nos quais o tunelamento entre os pontos pode estabelecer eficientemente caminhos de interferência quântica destrutiva provocando mudanças significativas no espectro óptico. Usando parâmetros experimentais realísticos mostramos que os estados excitônicos acoplados por tunelamento exibem uma resposta óptica controlável e bastante enriquecida. Neste mesmo sistema, investigamos o emaranhamento entre elétron e buraco, e demonstramos que através do controle de parâmetros tais como, a barreira de potencial aplicada, a frequência e intensidade do laser incidente, o sistema evolui para um estado assintótico com um alto grau de emaranhamento, que se apresenta robusto a processos de decoerência. / Doutor em Física

Orientador: Fernando Iikawa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T18:02:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Godoy_MarcioPeronFrancode_D.pdf: 4057709 bytes, checksum: 0df1e56082150d4109dcf891f05d4da6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho estudamos as propriedade estruturais e ópticas de pontos quânticos auto-organizados de InP crescidos sobre o substrato de GaAs. Esta estrutura apresenta o alinhamento de bandas tipo-II na interface, confinando o elétron no ponto quântico, enquanto o buraco mantém-se na barreira, próximo à interface devido à interação coulombiana atrativa. As amostras foram crescidas por epitaxia de feixe químico (CBE) no modo Stranskii-Krastanov. Os pontos quânticos apresentam raio médio de 25 nm e grande dispersão de altura (1-5 nm) e ocorre a relaxação parcial do parâmetro de rede, chegando a 2 %, em pontos quânticos superficiais. Do ponto de vista de propriedades ópticas, a fotoluminescência de pontos quânticos superficiais exibe uma eficiente emissão óptica, devido a baixa velocidade de recombinação dos estados superficiais do InP, e reflete a densidade e distribuição bimodal de tamanhos. Além disso, sua emissão óptica em função da intensidade de excitação exibe comportamento diverso em comparação com pontos quânticos cobertos com uma camada de GaAs. Em pontos quânticos cobertos, determinamos a energia de ativação térmica, que varia de 6 a 8 meV, e é associada à energia de ligação do éxciton ou energia de ionização do buraco. O decaimento temporal da luminescência de pontos quânticos é de 1,2 ns, um tempo relativamente curto para um ponto quântico tipo-II. A análise das propriedades magneto-ópticas em pontos quânticos individuais, inédita em QDs tipo-II, permitiu verificar que o fator-g do éxciton é praticamente constante, independentemente do tamanho dos QDs, devido ao fato dos buracos estarem levemente ligados. Por fim, mostramos a versatilidade do sistema acoplando-o a um poço quântico de InGaAs. Este acoplamento introduz mudanças na superposição das funções de onda do par elétron-buraco que permitem a manipulação do tempo de decaimento da luminescência e da energia de ligação excitônica / Abstract: We have investigated structural and optical properties of InP self-assembled quantum dots grown on GaAs substrate. This system presents a type-II band lineup where only electrons are confined in the InP quantum dots. The InP/GaAs quantum dots were grown by chemical beam epitaxy in the Stranskii-Krastanov mode. Our quantum dots present a mean radius of 25 nm and large height dispersion, 1-5 nm, and a partial relieve of the strain up to 2 % is observed. The photoluminescence spectra of surface quantum dots show an efficient optical emission, which is attributed to the low surface recombination velocity in InP. We observed a bimodal dispersion of the dots size distribution, giving rise to two distinct emission bands. A remarkable result is the relatively large blue shift of the emission band from uncapped samples as compared to those for capped dots. In capped quantum dots, we obtained the thermal activation energy, from 6 to 8 meV, which is associated to the exciton binding energy or hole ionization energy. The observed luminescence decay time is about 1.2 ns, relatively short decay time for type II system. We investigated magneto-optical properties using single-dot spectroscopy. The values of the exciton g factor obtained for a large number of single InP/GaAs dots are mainly constant independent of the emission energy and, therefore, of the quantum dot size. The result is attributed to the weak confinement of the holes in InP/GaAs QDs. We have also investigated structures where InP quantum dots are coupled to a InGaAs quantum well. This system permits the manipulation of the wave function overlap between electron-hole in order to control the optical emission decay time and exciton binding energy / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T01:34:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Girardi_TiagoIllipronti_M.pdf: 2091533 bytes, checksum: 1e5e58f3f5149c97c47c1bf44b7aa186 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho, estudamos o efeito de diferentes condições de interface de InP/GaAs nas propriedades ópticas de pontos quânticos auto-organizados, crescidos por epitaxia de feixe químico, no modo Stranskii-Krastanov. Espera-se que os pontos quânticos de InP/GaAs apresentem alinhamento de bandas do tipo II, e somente os elétrons ficam confinados, enquanto os buracos ficam localizados nas camadas de GaAs em volta do ponto quântico, atraídos pelo elétron. No entanto, devido ao efeito de mistura de átomos nas interfaces o perfil de potencial nas interfaces pode ser alterado significativamente, afetando, com isso, as propriedades ópticas dos pontos quânticos. Foram estudadas amostras com as seguintes condições de interface entre a camada de InP e as camadas de GaAs: inclusão ou não de uma camada de InGaP em uma ou nas duas interfaces. O InGaP gera uma barreira para ambos os tipos de portadores de carga em uma junção tanto com o GaAs como InP e evita a difusa de As das camadas de GaAs para a de InP. Através de medidas de fotoluminescência resolvida no tempo, observamos a variação do tempo de decaimento da emissão óptica associada aos pontos quânticos de acordo com as diferentes condições de interface. Foi observado um tempo curto de decaimento em amostras sem a inclusão de InGaP e com a inclusão apenas na interface superior, enquanto foi observado um tempo longo quando incluímos camadas de InGaP em ambas as interfaces. O tempo de decaimento curto é incompatível com o alinhamento de bandas do tipo II, que deveria separar espacialmente o elétron do buraco. A partir desses resultados e estudos anteriores a esse trabalho, pudemos concluir que o tempo curto se deve à mistura de átomos nas regiões de ambas as interfaces, gerando ligas que localizam os portadores próximos um ao outro. O tempo longo na amostra contendo InGaP nas duas interfaces é atribuído à separação espacial do elétron e do buraco. O efeito de mistura de átomos nas interfaces, neste caso, não forma uma liga na interface que localize os dois tipos de portadores próximos um ao outro. Isso pode ser uma alternativa de preparação de pontos quânticos de InP/GaAs onde se mantém separados espacialmente o elétron e o buraco / Abstract: We studied the effect of different interface conditions on the optical properties of InP/GaAs self-assembled quantum dots grown by chemical beam epitaxy in the Stranskii-Krastanov mode. InP/GaAs quantum dots is expected to present type II band alignment, and only electrons are confined, whereas the holes are localized in the GaAs layers around the quantum dot, attracted by the electron. However, due to the atomic intermixing effect in the interface the potential profile can be strongly changed, affecting the optical properties of the quantum dots. We studied samples with the following conditions at the interfaces between the InP layer and GaAs layers: the inclusion, or the lack of, a InGaP layer at one of or both interfaces. InGaP generates a barrier for both types of carriers in a junction with GaAs and InP, and avoid the diffusion of As from the GaAs layers to the InP one. Using time-resolved photo-luminescence, we observed a change of the optical emission decay times associated to the quantum dots as the interface condition is changed. We observed a short decay lifetime in samples without InGaP layers and with the inclusion in the top interface only, whereas we observed a long decay time when we included InGaP layers in both interfaces. The short decay lifetime is incompatible with the type II band alignment, where the electron and the hole should be spatially separated. Using these and other previous results, we concluded that the short decay lifetime is due to the atomic intermixing in both interfaces regions, forming alloys that localize the carriers near each other. The long lifetime observed for sample containing InGaP in both interfaces is attributed to the large electron-hole spatial separation. In this case intermixing effects at the interfaces do not form a potential well to localize the carries near each other / Mestrado / Física / Mestre em Física