Neste trabalho e apresentado um estudo, via teoria de massa efetiva multibanda autoconsistente de heteroestruturas de semicondutores magnéticos diluídos, generalizada para incluir parâmetros de diferentes materiais. A interacao magnética e descrita por um modelo de campo médio baseado no mecanismo de troca indireta, com a possibilidade de inclusão de diferentes íons magnéticos. As equacoes de massa efetiva são resolvidas de forma autoconsistente com o auxílio da equacao de Poisson. As interacoes de spin-órbita e de troca-correlacao, na aproximacao de densidade local, são incluídas no cálculo. O método e aplicado para o estudo das estruturas de bandas e densidades de carga com separacao por spin do portador de heteroestruturas com dopagem tipo-n e tipo-p, variando a geometria dos pocos magnéticos e também o período da super-rede, as densidades de portadores e as concentracoes de íons magnéticos. Solucoes autoconsistentes da equacao de massa efetiva são encontradas para o oxido semicondutor (Zn,Co)O. Será mostrada a separacao de portadores por spin em funcao dos parâmetros variados, simulando diversas concentracoes possíveis, utilizadas em sistemas descritos na literatura, e será analisado o comportamento dos perfis de potencial. Usando os dados obtidos, um diagrama de fases será traçado com base na polarizacao total ou parcial dos portadores, e o seu comportamento será discutido. Também serão mostradas as estruturas de bandas, os perfis de potencial e as distribuicoes de carga do semicondutor (GaMn)As, variando as densidades de portadores e a direcao do campo magnético intrínseco, gerado pela dopagem com íons magnéticos. Os resultados obtidos neste trabalho podem servir de guia para futuras experiências e para o desenvolvimento de dispositivos com semicondutores magnéticos diluídos baseados em (Zn,Co)O e (Ga,Mn)As. Os métodos aqui descritos são gerais e podem ser utilizados para outros materiais. / This work presents a self-consistent multiband effective mass theory applied to diluted magnetic semiconductor heterostructures, generalized to include parameters of different ma- terials. The magnetic interaction is described by a mean-field approximation based on indirect- exchange mecanism, with the possibility of inclusion of different magnetic ions. The effective mass equations are solved self-consistently with the help of the Poisson equation. Spin-orbit and exchange-correlation interactions are included in the simulation in the local density appro- ximation. The method is used to study band structures and charge densities separated by spin in n- and p-type heterostructures. The magnetic well\'s geometry, the superlattice period, the carrier density and the magnetic ion concentration are changed. Self-consistent solutions of the effective mass equation are found for the semiconductor oxide (Zn,Co)O. Charge separation by spin will be show in function of the variation of the simulation parameters, simulating several ion concentrations and charge densities used in systems described in literature, and the potenti- als profiles will be analised. Using the data obtained a phase diagram will be plotted, based on the carrier total or partial carrier polarization, and a model for the behavior of the phase diagram will be discussed. It will also be shown band structures, potential profiles and charge densities of the (Ga,Mn)As semiconductor, varying it carrier density and the direction of the intrinsic magnetic field, generated by the magnetic ions that doped the heterostructure. The results ob- tained in this work can be used as a guide in future experiences and development of devices with diluted magnetic semiconductors based on (Zn,Co)O and (Ga,Mn)As. The methods here described are general and can be used for other materials.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-25T21:09:22Z No. of bitstreams: 1 LUCIUS VINICIUS ROCHA MACHADO -TESE (PPGCEMat) 2015.pdf: 3378243 bytes, checksum: 8988e719f1f296de2f74c587ed4f5ba8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T21:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCIUS VINICIUS ROCHA MACHADO -TESE (PPGCEMat) 2015.pdf: 3378243 bytes, checksum: 8988e719f1f296de2f74c587ed4f5ba8 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Esse trabalho teve como objetivo, avaliar a influência do tipo de precursor, fonte de íons de ferro, e sua concentração na dopagem do sistema Zn1-xFexO de modo a se obter um produto com ferrimagnetismo a temperatura ambiente para uso como semicondutor magnético diluído. Para esse fim, inicialmente avaliou-se a influência do tipo de precursor (nitrato de ferro III, sulfato de ferro II e acetato de ferro II) sobre a estrutura, morfologia, propriedades térmicas e magnéticas do sistema Zn1-xFexO com concentração de íons de Fe2+ e Fe3+ de 0,4 mol. Posteriormente avaliou-se o efeito da concentração de íons de ferro III variando de 0,05 a 0,4 mol sobre a estrutura e magnetismo do sistema Zn1- xFexO. Durante as reações para obtenção do produto foram feitas medições de temperatura e do tempo de reação. As amostras foram caracterizadas por: difração de raios X, análise química por fluorescência de raios X por energia dispersiva, microscopia eletrônica de varredura com mapeamento por EDS, distribuição granulométrica, análise por adsorção de nitrogênio, magnetometria de amostra vibrante e análise termogravimétrica. Os resultados mostraram que o tipo de precursor influenciou diretamente na estrutura, morfologia e magnetismos das amostras, sendo o precursor nitrato de ferro III o que possibilitou à formação de um material ferrimagnético a temperatura ambiente. Para as amostras dopadas, os espectros de DRX mostraram que até a concentração de 0,20 mol de íons ferro III resultou num sistema monofásico com comportamento ferrimagnético à temperatura ambiente, o que caracterizou a formação de um semicondutor magnético diluído. Para demais concentrações foi observado traços da fase FeFe2O4 e que às interações de troca entre os íons Fe - Fe e possivelmente o aumento da concentração de vacância de oxigênio na rede do ZnO suprimiu o comportamento ferrimagnético pela competição do comportamento ferrimagnético/paramagnético. Portanto, pode-se concluir que o precursor nitrato de ferro III com concentração de até 0,20 mol foi a melhor condição para obtenção de produto com característica para uso como semicondutor magnético diluído usando a técnica de síntese por reação de combustão. / The objective of this study is to evaluate the influence the type of precursor, source of iron ions, and its concentration in the doping Zn1-xFexO system in order to obtain a product with ferromagnetism at room temperature for use as magnetic semiconductor diluted. For this purpose, it was firstly evaluated the influence of the type of precursor (iron III nitrate, iron sulfate II, iron acetate II) on the structure, morphology, thermal and magnetic properties of Zn1-xFexO system concentration of Fe2+ and Fe3+ ions of 0.4 mol. After that, it was evaluated the effect of concentration of iron III ions ranging from 0.05 to 0.4 mol on the structure and magnetism of Zn1-xFexO system. During the reactions, there were made measurements of temperature and time. The samples were characterized by: X-ray diffraction, chemical analysis by fluorescence X-ray energy dispersive, scanning electron microscopy, with mapping by EDS, particle size analysis, analysis by nitrogen adsorption, vibrating sample magnetometer and thermal gravimetric analysis. The results have shown that the type of precursor influenced directly the structure, morphology and magnetism of the samples and the precursor of iron nitrate III was the one which favored the obtention of the ferromagnetism material monophasic at room temperature. For the doped samples, the XRD spectra showed that the concentrations until 0.20 mol of iron III ions resulted in a monophasic system with ferromagnetic behavior at room temperature, which characterized the formation of a diluted magnetic semiconductor. For the other concentrations, it was observed traces of MnFe2O4 phase and that the exchange interactions between the ionsFe - Fe and possibly the increasing of oxygen vacancy concentration in ZnO network suppressed the ferromagnetic behavior by the competition of ferromagnetic / paramagnetic one. Therefore, it can be concluded that the precursor of iron III nitrate concentration to 0.20 mol was the best condition for obtaining a product with characteristics for use as a dilute magnetic semiconductor using the synthetic technique by combustion.

Neste trabalho e apresentado um estudo, via teoria de massa efetiva multibanda autoconsistente de heteroestruturas de semicondutores magnéticos diluídos, generalizada para incluir parâmetros de diferentes materiais. A interacao magnética e descrita por um modelo de campo médio baseado no mecanismo de troca indireta, com a possibilidade de inclusão de diferentes íons magnéticos. As equacoes de massa efetiva são resolvidas de forma autoconsistente com o auxílio da equacao de Poisson. As interacoes de spin-órbita e de troca-correlacao, na aproximacao de densidade local, são incluídas no cálculo. O método e aplicado para o estudo das estruturas de bandas e densidades de carga com separacao por spin do portador de heteroestruturas com dopagem tipo-n e tipo-p, variando a geometria dos pocos magnéticos e também o período da super-rede, as densidades de portadores e as concentracoes de íons magnéticos. Solucoes autoconsistentes da equacao de massa efetiva são encontradas para o oxido semicondutor (Zn,Co)O. Será mostrada a separacao de portadores por spin em funcao dos parâmetros variados, simulando diversas concentracoes possíveis, utilizadas em sistemas descritos na literatura, e será analisado o comportamento dos perfis de potencial. Usando os dados obtidos, um diagrama de fases será traçado com base na polarizacao total ou parcial dos portadores, e o seu comportamento será discutido. Também serão mostradas as estruturas de bandas, os perfis de potencial e as distribuicoes de carga do semicondutor (GaMn)As, variando as densidades de portadores e a direcao do campo magnético intrínseco, gerado pela dopagem com íons magnéticos. Os resultados obtidos neste trabalho podem servir de guia para futuras experiências e para o desenvolvimento de dispositivos com semicondutores magnéticos diluídos baseados em (Zn,Co)O e (Ga,Mn)As. Os métodos aqui descritos são gerais e podem ser utilizados para outros materiais. / This work presents a self-consistent multiband effective mass theory applied to diluted magnetic semiconductor heterostructures, generalized to include parameters of different ma- terials. The magnetic interaction is described by a mean-field approximation based on indirect- exchange mecanism, with the possibility of inclusion of different magnetic ions. The effective mass equations are solved self-consistently with the help of the Poisson equation. Spin-orbit and exchange-correlation interactions are included in the simulation in the local density appro- ximation. The method is used to study band structures and charge densities separated by spin in n- and p-type heterostructures. The magnetic well\'s geometry, the superlattice period, the carrier density and the magnetic ion concentration are changed. Self-consistent solutions of the effective mass equation are found for the semiconductor oxide (Zn,Co)O. Charge separation by spin will be show in function of the variation of the simulation parameters, simulating several ion concentrations and charge densities used in systems described in literature, and the potenti- als profiles will be analised. Using the data obtained a phase diagram will be plotted, based on the carrier total or partial carrier polarization, and a model for the behavior of the phase diagram will be discussed. It will also be shown band structures, potential profiles and charge densities of the (Ga,Mn)As semiconductor, varying it carrier density and the direction of the intrinsic magnetic field, generated by the magnetic ions that doped the heterostructure. The results ob- tained in this work can be used as a guide in future experiences and development of devices with diluted magnetic semiconductors based on (Zn,Co)O and (Ga,Mn)As. The methods here described are general and can be used for other materials.

O presente trabalho teve como objetivo utilizar a técnica nuclear de Correlação Angular γ-γ Perturbada (CAP) para a medida de interações hiperfinas em filmes finos e amostras em pó de óxidos semicondutores SnO2 e TiO2 puros e dopados com metais de transição para uma investigação sistemática de defeitos estruturais e do magnetismo sob o ponto de vista atômico tendo como principal motivação a candidatura à aplicação desses óxidos em spintrônica. O trabalho também teve como foco a preparação e caracterização das amostras por meio de técnicas convencionais, como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e medidas de magnetização. Amostras puras dos filmes foram medidas mediante a variação sistemática da temperatura de tratamento térmico e do campo magnético aplicado. Tais medidas foram realizadas no HISKP, na Universidade de Bonn (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn), através de implantação de íons de 111In(111Cd) ou 181Hf(181Ta); no IPEN, por sua vez, essas medidas foram realizadas após a difusão dos mesmos núcleos de prova. Outra parte das medidas CAP foram feitas através de implantação de íons de 111mCd(111Cd) e 117Cd(117In) no Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) do Centre Européen Recherche Nucléaire (CERN). As medidas foram realizadas nos intervalos de temperatura de 8 K a 1173 K. Para análise de ferromagnetismo, medidas foram feitas à temperatura ambiente com e sem aplicação de campo magnético externo. Após a comparação dos resultados das medidas macroscópicas e atômicas das amostras, foi possível concluir que há uma correlação entre os defeitos, o magnetismo e a mobilidade dos portadores de carga nos semicondutores aqui estudados. Um passo adiante na busca de semicondutores, cujo ordenamento magnético possibilite o seu uso na eletrônica baseada em spin. Alguns resultados já foram publicados, incluindo resultados obtidos na Universidade de Bonn durante o período de doutorado sanduíche [1-7]. / This study aimed the use of nuclear technique Perturbed γ-γ Angular Correlation Spectroccopy (PAC) to measure the hyperfine interactions in thin films and powder samples of SnO2 and TiO2 pure and doped with transition metals to obtain a systematic investigation of defects and magnetism from an atomic point of view with the main motivation the application in spintronics. The work also focused on the preparation and characterization of samples by conventional techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and magnetization measurements. Pure samples of the films were measured by the systematic variation of thermal treatment and applied magnetic field. These measurements were performed in HISKP at the University of Bonn (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn) using 111In(111Cd) or 181Hf (181Ta); at IPEN, in turn, these measurements were performed after the diffusion of the same probe nuclei. Another part of PAC measurements were carried out using 111mCd(111Cd) and 117Cd (117In) in Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) at Centre Européen Recherche Nucléaire (CERN). The measurements were performed from 8 K to 1173 K. After comparing results from macroscopic techniques with those from PAC, it was concluded that there is a correlation between the defects, magnetism and the mobility of charge carriers in semiconductors studied here. A step forward in the search for semiconductors, whose magnetic ordering allows its use in electronics based on spin. Some results have been published, including results obtained at the University of Bonn for the sandwich doctorate period [1-7].

O presente trabalho teve como objetivo utilizar a técnica nuclear de Correlação Angular γ-γ Perturbada (CAP) para a medida de interações hiperfinas em filmes finos e amostras em pó de óxidos semicondutores SnO2 e TiO2 puros e dopados com metais de transição para uma investigação sistemática de defeitos estruturais e do magnetismo sob o ponto de vista atômico tendo como principal motivação a candidatura à aplicação desses óxidos em spintrônica. O trabalho também teve como foco a preparação e caracterização das amostras por meio de técnicas convencionais, como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e medidas de magnetização. Amostras puras dos filmes foram medidas mediante a variação sistemática da temperatura de tratamento térmico e do campo magnético aplicado. Tais medidas foram realizadas no HISKP, na Universidade de Bonn (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn), através de implantação de íons de 111In(111Cd) ou 181Hf(181Ta); no IPEN, por sua vez, essas medidas foram realizadas após a difusão dos mesmos núcleos de prova. Outra parte das medidas CAP foram feitas através de implantação de íons de 111mCd(111Cd) e 117Cd(117In) no Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) do Centre Européen Recherche Nucléaire (CERN). As medidas foram realizadas nos intervalos de temperatura de 8 K a 1173 K. Para análise de ferromagnetismo, medidas foram feitas à temperatura ambiente com e sem aplicação de campo magnético externo. Após a comparação dos resultados das medidas macroscópicas e atômicas das amostras, foi possível concluir que há uma correlação entre os defeitos, o magnetismo e a mobilidade dos portadores de carga nos semicondutores aqui estudados. Um passo adiante na busca de semicondutores, cujo ordenamento magnético possibilite o seu uso na eletrônica baseada em spin. Alguns resultados já foram publicados, incluindo resultados obtidos na Universidade de Bonn durante o período de doutorado sanduíche [1-7]. / This study aimed the use of nuclear technique Perturbed γ-γ Angular Correlation Spectroccopy (PAC) to measure the hyperfine interactions in thin films and powder samples of SnO2 and TiO2 pure and doped with transition metals to obtain a systematic investigation of defects and magnetism from an atomic point of view with the main motivation the application in spintronics. The work also focused on the preparation and characterization of samples by conventional techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and magnetization measurements. Pure samples of the films were measured by the systematic variation of thermal treatment and applied magnetic field. These measurements were performed in HISKP at the University of Bonn (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn) using 111In(111Cd) or 181Hf (181Ta); at IPEN, in turn, these measurements were performed after the diffusion of the same probe nuclei. Another part of PAC measurements were carried out using 111mCd(111Cd) and 117Cd (117In) in Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) at Centre Européen Recherche Nucléaire (CERN). The measurements were performed from 8 K to 1173 K. After comparing results from macroscopic techniques with those from PAC, it was concluded that there is a correlation between the defects, magnetism and the mobility of charge carriers in semiconductors studied here. A step forward in the search for semiconductors, whose magnetic ordering allows its use in electronics based on spin. Some results have been published, including results obtained at the University of Bonn for the sandwich doctorate period [1-7].

Orientador: Maria José Santos Pompeu Brasil / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T21:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezBalanta_MiguelAngel_D.pdf: 5068966 bytes, checksum: c4aafc0a3e660efae9cc987f6dd987e5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho investigamos a interação entre portadores confinados em poços quânticos de InGaAs/GaAs e íons de Mn de uma dopagem tipo delta na barreira do poço. Utilizamos como base para este estudo dois tipos de estruturas. O primeiro tipo tem apenas a dopagem tipo delta de Mn e o segundo tipo, inclui duas camadas de dopagem tipo delta nas duas barreiras do poço, sendo uma dopagem de C e a outra de Mn. Observamos que a assimetria das estruturas devido às dopagens se reflete na interação dos portadores confinados com os íons de Mn. Os resultados indicam que esta interação se torna relativamente mais forte no conjunto de amostras com dopagem assimétrica apenas de Mn. Em nossa investigação, utilizamos diversas técnicas ópticas como fotoluminescência, fotoluminescência de excitação e fotoluminescência resolvida no tempo, incluindo análises da polarização da luz emitida e efeitos de campo magnético. Apesar da separação espacial entre os íons de Mn e os portadores confinados no poço, observamos vários efeitos que associamos a interação entre estas entidades. Observamos uma significativa amplificação da intensidade da força de oscilador de transições proibidas do poço em estruturas dopadas apenas com Mn. Este efeito foi interpretado como uma possível indicação da formação de polarons magnéticos ligados. Nas medidas com campo magnético, vimos que o grau de polarização dos portadores apresenta uma componente associada à presença dos íons de Mn. Esta componente, dominante apenas a baixos campos magnéticos, segue uma função tipo Brillouin associada a sistemas ferromagnéticos. Dependendo do perfil da estrutura, esta componente pode ter seu sinal invertido, levando a uma dependência da polarização com o campo magnético anômala. Finalmente, realizamos um estudo detalhado da dinâmica de polarização dos portadores com medidas de fotoluminescência resolvida no tempo. Desenvolvemos uma técnica especial envolvendo dois feixes de laser pulsados com controle tanto da separação temporal entre seus pulsos, quanto das suas polarizações circulares, que podiam ser iguais ou invertidas. Observamos que o grau de polarização gerado por um pulso é alterado se logo antes dele (centenas de pico-segundos), a amostra é excitada com pulso com polarização invertida. Associamos este efeito a um tipo de memória de polarização relacionada com a magnetização óptica dos íons de Mn. Assim, a excitação com luz circularmente polarizada gera portadores com spin preferencial, que atuam sobre os íons magnéticos, e que por sua vez afetam a polarização dos próprios portadores, agindo como um reservatório de polarização devido aos tempos de spin relativamente mais longos dos íons de Mn. Notamos que os efeitos mencionados acima são consideravelmente mais fortes no conjunto de amostras apenas com dopagens de Mn que devem apresentar um perfil de potencial mais assimétrico. Também obtivemos resultados consistentes que demonstram que estes efeitos tendem a diminuir quando a quantidade de Mn na camada delta é reduzida, quando a separação entre a camada delta de Mn e o poço quântico é aumentada, e quando aumentamos a temperatura do sistema. Em especial, os efeitos tendem a desaparecer para temperaturas em torno de 60 K, consistente com os valores da temperatura de Curie obtida para amostras similares / Abstract: In this work we investigated the interaction between confined carriers in of InGaAs/GaAs quantum wells (QWs) and Mn ions from a Mn delta-doping at the barrier of the QW. We have used two types of structures in this study. Samples of the first type have only a Mn delta-doping at the QW barrier, while samples from the second type include an additional C delta-doping layer at the other barrier. We found that the asymmetry of the structures due to doping is reflected in the interaction of carriers confined in the well and the Mn ions. The results indicate that this interaction becomes relatively stronger in the set of samples with asymmetrical doping of Mn solely. In our research, we have performed continuous-wave photoluminescence (CW-PL), excitation photoluminescence (CW-PLE), time-resolved photoluminescence (TR-PL), including analysis of the polarization of the emitted light and effects of a magnetic field. Despite the spatial separation between the Mn ions and the carriers confined in the QW, we observed various effects attributed to the interaction between these entities. We observed a significant enhancement of the intensity of the oscillator strength from transitions that are prohibited for symmetric QWs for the Mn doped structures. This effect was interpreted as a possible indication of the formation of bound magnetic polarons (BMP). In the measurements under a magnetic field, we observed that the degree of polarization of the carrier has a component associated with the presence of Mn ions. This component dominates the polarization under small magnetic fields and follows a like-Brillouin function associated to ferromagnetic systems. Depending on the profile of the structure, this component may have its sign reversed, leading to an anomalous polarization dependency with magnetic field. Finally, we performed a detailed study of the dynamics of the polarization of the carriers with time-resolved photoluminescence. We have developed a special technique involving two pulsed beams with a variable time-delay and individually-controlled circular-polarizations, which could be equal or reversed. We observed that the degree of polarization generated by a pulse is changed if just before it (hundreds of pico seconds) the sample was excited with a pulse with reversed polarization. We associated this effect to a kind of polarization memory related to the optical magnetization of Mn ions. Therefore, the excitation with circularly-polarized light generates carriers with a preferential spin that might act on the magnetic ions. In turn, the polarized Mn ions must affect the spin-polarization of the carriers, acting as a reservoir of the polarization, due to the relatively longer spin times of the Mn ions. We noticed that all these effects are considerably stronger for the set of samples doped only with Mn, that should present a more asymmetric potential profile. We also obtained consistent results revealing that all these effects tend to decrease when the amount of Mn in the delta-layer is reduced, when the separation between the Mn layer and the QW is increased, and when we increase the temperature of the sample. In particular, the effects tend to disappear at temperatures around 60 K, in accordance with the Curie temperature found for similar samples / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

O presente trabalho é um estudo sobre a importância da informação dos orbitais atômicos no cálculo de propriedades optoeletrônicas de heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira parte, é estudada a simetria de reversão temporal no hamiltoniano k . p, analisando a preservação da informação de spin presente nos orbitais atômicos. O hamiltoniano obtido é inserido na equação de massa efetiva expandida para superredes. São calculadas estruturas de bandas de alguns poços quânticos de semicondutores III-V e grupo-IV. Compara-se o novo método com os tradicionais, e então são analisadas algumas grandezas que apresentam alteração significativa entre os métodos usados; A segunda parte é composta por um estudo detalhado do potencial de troca-correlação em semicondutores dopados. A matriz que descreve este potencial é escrita usando a distribuição de portadores presentes nos orbitais atômicos da rede cristalina, e os coeficientes desta matriz foram calculados usando quatro modelos para a correção de muitos corpos, baseadas nas aproximações LDA (Local density approximation) e LSDA (Local spin density approximation), com o objetivo de comparar as diversas parametrizações. Usando o método k . p tradicional, expandido para superredes, foram simulados sistemas δ-doped e hMni-δ-doped de Si, através de um cálculo autoconsistente baseado na equação de Poisson. A magnetização dos portadores é descrita por um modelo de campo médio. Foram analisados os perfis de potencial, estruturas de bandas, polarização de portadores e espectros de fotoluminescência para determinar as diferenças entre as aproximações utilizadas. / This work is a study about the atomic orbitals information importance in the calculation of optoelectronics properties of low dimensionality semiconductors. The work is divided in two parts. In the first one, a study of the time reversal symmetry of the k . p Hamiltonian is realized analyzing the preservation of the spin information present in the atomic orbitals. The obtained Hamiltonian is applied in the effective mass equation expanded to superlattices. Some calculations of quantum wells band structures are made using III-V and group-IV semiconductors, comparing the new method with the conventional ones to obtain an analysis of the difference of some physics properties. The second part is a detailed study of the exchangecorrelation potential in doped semiconductors. The matrix coefficients are calculated using the charge distribution of the crystalline lattice atomic orbitals, applied in some LDA (Local density approximation) and LSDA (Local spin density approximation) parameterizations to compare them. Using the conventional k . p method expanded to superlattices, Si δ-doped and hMni-δ-doped systems were calculated through a self consistent calculation based on Poissons equation. The carriers magnetization is described by an average field model. The potential profiles, band structures, carrier polarization and photoluminescence spectra were analyzed to obtain the difference between the approaches.

O objetivo do trabalho, foi o desenvolvimento de uma metodologia de preparação de amostras de ZnO e Zn(1-X)Co(X)O de alta pureza baseada no processo químico sol-gel, e a análise das mesmas com a técnica de Correlação Angular γ-γ Perturbada (CAP). As técnicas de Difração de Raios X e Microscopia Eletrônica de Varredura também foram utilizadas para a caracterização das amostras. Além disso, foram produzidas amostras de Zn(1-X)Co(X)O na tentativa de observar comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, através da variação da concentração de Co com diferentes atmosferas e temperaturas de tratamento. As medidas de CAP foram realizadas em um espectrômetro γ com quatro detectores de BaF2, que possibilita a aquisição simultânea de 12 espectros de coincidências γ-γ atrasadas. O núcleo de prova utilizado foi o 111In → 111Cd, que possui cascata γ de 172 - 245 keV populado no decaimento do 111In por captura eletrônica. Os campos hiperfinos foram medidos a partir do nível intermediário de energia de 245 keV do 111Cd com spin I = 5/2 e T1/2 = 85 ns. Os resultados mostram, que a metodolo- gia desenvolvida é adequada para a produção das amostras, fato que é comprovado pela concordância dos valores obtidos com os reportados na literatura. / The aim of this work was the development of high-purity ZnO and Zn(1-X)Co(X)O sample preparation methodology based on sol-gel chemical process, as well as the analysis of these samples by means of Perturbed Angular γ-γ Correlation technique (PAC). Also, X-ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy were used to characterize the samples produced. In addition, Zn(1-X)Co(X)O samples were produced in an attempt to observe ferromagnetic behavior at room temperature, through the variation of Co concentration, with different atmospheres and annealing temperatures. The PAC measurements were performed in a BaF2 four-detector γ spectrometer, which allows simultaneous acquisition of 12 γ-γ delayed coincidence spectra. 111In→111Cd nuclear probe was used for these measurements, which has γ cascade of 172 - 245 keV populated in the decay of 111In by electron capture. The hyperfine fields were measured from the intermediate energy level of 245 keV in 111Cd with spin I = 5/2 and T1/2= 85 ns. The results show that the developed methodology is suitable for the production of these samples, which is evidenced by the agreement with values reported on literature.

O objetivo do trabalho, foi o desenvolvimento de uma metodologia de preparação de amostras de ZnO e Zn(1-X)Co(X)O de alta pureza baseada no processo químico sol-gel, e a análise das mesmas com a técnica de Correlação Angular γ-γ Perturbada (CAP). As técnicas de Difração de Raios X e Microscopia Eletrônica de Varredura também foram utilizadas para a caracterização das amostras. Além disso, foram produzidas amostras de Zn(1-X)Co(X)O na tentativa de observar comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, através da variação da concentração de Co com diferentes atmosferas e temperaturas de tratamento. As medidas de CAP foram realizadas em um espectrômetro γ com quatro detectores de BaF2, que possibilita a aquisição simultânea de 12 espectros de coincidências γ-γ atrasadas. O núcleo de prova utilizado foi o 111In → 111Cd, que possui cascata γ de 172 - 245 keV populado no decaimento do 111In por captura eletrônica. Os campos hiperfinos foram medidos a partir do nível intermediário de energia de 245 keV do 111Cd com spin I = 5/2 e T1/2 = 85 ns. Os resultados mostram, que a metodolo- gia desenvolvida é adequada para a produção das amostras, fato que é comprovado pela concordância dos valores obtidos com os reportados na literatura. / The aim of this work was the development of high-purity ZnO and Zn(1-X)Co(X)O sample preparation methodology based on sol-gel chemical process, as well as the analysis of these samples by means of Perturbed Angular γ-γ Correlation technique (PAC). Also, X-ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy were used to characterize the samples produced. In addition, Zn(1-X)Co(X)O samples were produced in an attempt to observe ferromagnetic behavior at room temperature, through the variation of Co concentration, with different atmospheres and annealing temperatures. The PAC measurements were performed in a BaF2 four-detector γ spectrometer, which allows simultaneous acquisition of 12 γ-γ delayed coincidence spectra. 111In→111Cd nuclear probe was used for these measurements, which has γ cascade of 172 - 245 keV populated in the decay of 111In by electron capture. The hyperfine fields were measured from the intermediate energy level of 245 keV in 111Cd with spin I = 5/2 and T1/2= 85 ns. The results show that the developed methodology is suitable for the production of these samples, which is evidenced by the agreement with values reported on literature.

O presente trabalho é um estudo sobre a importância da informação dos orbitais atômicos no cálculo de propriedades optoeletrônicas de heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira parte, é estudada a simetria de reversão temporal no hamiltoniano k . p, analisando a preservação da informação de spin presente nos orbitais atômicos. O hamiltoniano obtido é inserido na equação de massa efetiva expandida para superredes. São calculadas estruturas de bandas de alguns poços quânticos de semicondutores III-V e grupo-IV. Compara-se o novo método com os tradicionais, e então são analisadas algumas grandezas que apresentam alteração significativa entre os métodos usados; A segunda parte é composta por um estudo detalhado do potencial de troca-correlação em semicondutores dopados. A matriz que descreve este potencial é escrita usando a distribuição de portadores presentes nos orbitais atômicos da rede cristalina, e os coeficientes desta matriz foram calculados usando quatro modelos para a correção de muitos corpos, baseadas nas aproximações LDA (Local density approximation) e LSDA (Local spin density approximation), com o objetivo de comparar as diversas parametrizações. Usando o método k . p tradicional, expandido para superredes, foram simulados sistemas δ-doped e hMni-δ-doped de Si, através de um cálculo autoconsistente baseado na equação de Poisson. A magnetização dos portadores é descrita por um modelo de campo médio. Foram analisados os perfis de potencial, estruturas de bandas, polarização de portadores e espectros de fotoluminescência para determinar as diferenças entre as aproximações utilizadas. / This work is a study about the atomic orbitals information importance in the calculation of optoelectronics properties of low dimensionality semiconductors. The work is divided in two parts. In the first one, a study of the time reversal symmetry of the k . p Hamiltonian is realized analyzing the preservation of the spin information present in the atomic orbitals. The obtained Hamiltonian is applied in the effective mass equation expanded to superlattices. Some calculations of quantum wells band structures are made using III-V and group-IV semiconductors, comparing the new method with the conventional ones to obtain an analysis of the difference of some physics properties. The second part is a detailed study of the exchangecorrelation potential in doped semiconductors. The matrix coefficients are calculated using the charge distribution of the crystalline lattice atomic orbitals, applied in some LDA (Local density approximation) and LSDA (Local spin density approximation) parameterizations to compare them. Using the conventional k . p method expanded to superlattices, Si δ-doped and hMni-δ-doped systems were calculated through a self consistent calculation based on Poissons equation. The carriers magnetization is described by an average field model. The potential profiles, band structures, carrier polarization and photoluminescence spectra were analyzed to obtain the difference between the approaches.