Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseACRB.pdf: 1851466 bytes, checksum: 1edfef66c44c8e430704ae0d7598612c (MD5) Previous issue date: 2002-10-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / We have studied the dynamic and the stationary properties of carriers in semiconductor heterostructures submitted to electric fields AC and DC and to magnetic fields within the effective-mass approximation based on model multiband k · p. The method used to calculate the electronic structure uses the combination of techniques of finite differences and the inverse power method. As example to test the efficiency of the method, we have studied optical properties in multiple quantum wells of GaAs/AlGaAs containing a delta-doping nipi structure. We have calculated the single pair electron-hole energy recombination and we estimated critical temperatures where the interband optical transitions changes its character from indirect to direct. We have also calculated the electronic structure of holes in quantum wells of GaAs/Ga1−xAlxAs in the presence of longitudinal magnetic and electric parallel fields as initial part of the study of the magnetotunneling in double barrier. The resonant tunneling of the carriers in double barrier is investigated using the formalisms based on the scatterring-matrix and on the finite difference technique. The implicit method to simulate the time dependent transport properties is obtained in terms of Magnus expansion for the evolution operator by using a factorization based on the approach of Padé (M/M). This method has shown quite stable, besides allowing high order of precision. We have calculate the quasi-energy, medium displacement, transmission probability, AC Stark effect and tunneling time of the carriers in a quantum well GaAs/Ga0,7Al0,3As submitted to an AC potential, both with k = 0 and k 6= 0. Our results have revealed that carriers present dynamics completely different from each other depending strongly on the ratio between applied AC frequency ω and the carrier localization frequency ωl = (E ~ ). The AC Stark effect has adiabatic type that is inserted into the initial conditions. The quasi-energy of all carriers, except the ligth-hole LH1 at k = 0, present a similar quasi-parabolic dependence with the intensity of the field β = (eF0Lz }ω ), as is observed in static cases. The degree of localization of the carriers is investigated through the calculation of tunneling times. In general, states show time localization induced by laser frequencies larger that ωl for many states with k = 0. For k > 0 the inherent mixture among the states of the valence band produces an increase in the transmission probability. The field tilted barrier of potential leads to quasi-energies near to the border of the QW, favoring the escape of carriers from quantum well region if compared to their time localization regimes. / Obs.: Devido a restrições dos caracteres especias, verifcar resumo em texto completo para download. Estudamos as propriedades dinâmicas e estacionárias de portadores em heteroestruturas semicondutoras submetidas a campos elétricos AC e DC e a campos magnéticos DC na aproximação de massa efetiva e dentro do modelo multibandas k · p. O método usado para calcular a estrutura eletrônica é baseado na técnica de diferenças finitas e no método da potência inversa. Como exemplo para testar a eficiência do método, estudamos propriedades ópticas em múltiplos poços quânticos (MQW) de GaAs/AlGaAs contendo uma estrutura delta-doping nipi. Calculamos as energias de recombinação de um par elétron-buraco, como função da temperatura, e estimamos as temperaturas críticas onde as transições ópticas mudam de indireta para direta. Também calculamos a estrutura eletrônica de buracos em poços quânticos de GaAs/Al0,35Ga0,65As na presença de campos elétricos e magnéticos longitudinais, como parte inicial do estudo do magneto-tunelamento em duplas barreiras. O tunelamento ressonante dos portadores em duplas barreiras foi investigado usando os formalismos da matriz de espalhamento e diferenças finitas. O método implícito para simular as propriedades de transporte dependentes do tempo foi implementado baseado na expansão de Magnus para o operador evolução e sua fatorização baseada na aproximação diagonal de Padé (M/M). Este método tem se mostrado bastante estável, além de permitir altas ordens de precisão (O2M+1). Calculamos as quase-energias, deslocamentos médios, probabilidades de transmissão, efeito Stark AC e tempos de tunelamento dos vários portadores em um poço quântico GaAs/Al0,3Ga0,7As submetido a um potencial AC, com k = 0. Nossos resultados nos revelou uma dinâmica completamente distinta para cada tipo de portador que depende fortemente das frequências ω e de localização ωl = E ~. O efeito Stark AC é do tipo adiabático com as quase-energias apresentando uma dependência quase-parabólica com a intensidade do campo β = eF0Lz }ω . O grau de localização dos portadores é investigado através do cálculo dos tempos de tunelamento. Para k 6= 0 a inerente mistura entre os estados da banda de valência produz um aumento da probabilidade de transmissão dos buracos, uma vez que suas quase-energias são muito maiores e seus movimentos ao longo de z e planar estão acoplados. Isso favorece o escape dos buracos da região do poço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1661.pdf: 2213474 bytes, checksum: 80beeb60d2c70b17d119a61fbf3e9210 (MD5) Previous issue date: 2006-03-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we consider an of - resonant interaction between optical fields and a Bose - Einstein condensation. We used a continuous photo detection model to study the efects of the counting of k photons of the optical field upon the properties of the atoms in the condensate. We have obtained the density operator of the interacting system conditioned to count k photons and one relation between the moments of the distribution of photons and the moments of the distribution of atoms. We analyze the efects of the photo counting in two specific cases: in the first case, we analyze the efects of the photo counting upon the state of a pure condensate at zero temperature and in the second case, upon the tunneling dynamics of a pure condensate at zero temperature confined in an double well potential like. / Neste trabalho consideramos a interação não ressonante entre campos ópticos e condensados de Bose-Einstein. Utilizamos um modelo de fotodetecção contínua para estudar os efeitos da contagem de k fótons do campo óptico sobre as propriedades dos átomos do condensado. Obtivemos o operador densidade do sistema interagente condicionado a contagem de k fótons e uma relação entre os momentos da distribuição de fótons e os momentos da distribuição de átomos. Analisamos os efeitos da fotocontagem sobre os átomos em dois casos específicos: no primeiro caso, analisamos os efeitos da fotocontagem sobre o estado de um condensado puro a temperatura zero e no segundo caso, sobre a dinâmica de tunelamento de um condensado puro a temperatura zero confinado num duplo poço de potencial.

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.

Orientador: Amir Ordacgi Caldeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:04:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GarciaRodriguez_AlexisOmar_D.pdf: 2441638 bytes, checksum: 00dfa78fb7b0c9f69778a51704c587b7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho foi motivado por várias dificuldades encontradas no estudo do artigo de M. Ueda, Transmission Spectrum of a Tunneling Particle Interacting with Dynamical Fields: Real- Time Functional Integral Approach, Phys. Rev. B 54, 8676 (1996). Nesse artigo, num formalismo de tempo real, é descrito o tunelamento de uma partícula através de uma barreira utilizando tempos não reais de travessia através dessa barreira. No presente trabalho é proposto um formalismo mais amplo de tempo real para uma introdução mais natural de valores complexos do tempo na descrição do tunelamento de uma partícula cm interação com o ambiente. Esta proposta está baseada no chamado método do tempo complexo utilizado no caso do tunelamento de uma partícula sem interação com o ambiente estudado nos trabalhos de D. W. McLaughlin, J. Math. Phys. 13, 1099 (1972) c B. R. Holstein c A. R. Swift, Am. J. Phys. 50, 833 (1982). Seguindo o trabalho citado de Ueda, o ambiente da partícula é representado através de um conjunto, ou banho térmico, de osciladores harmônicos caracterizados por uma função de densidade espectral J(w). Utilizando o método de Feynman de integrais de trajetória, integramos sobre as coordenadas dos osciladores do banho c obtemos uma expressão exata para o espectro de transmissão da partícula para uma temperatura do banho T > O. Limitando-nos então ao caso mais simples T = O, estudamos o tunelamento dissipativo da partícula através da barreira. Considerando h um parâmetro pequeno (limite semiclássico), aproximamos o espectro de transmissão da partícula através da contribuição das trajetórias clássicas c suas trajetórias vizinhas. Nesta aproximação consideramos a variação da ação efetiva da partícula para tempos dados de duração das trajetórias c deste modo substituímos o procedimento variacional seguido no trabalho indicado de Ueda onde não é considerada a variação nos tempos de travessia da partícula através da barreira. Num segundo problema variacional nos tempos de duração das trajetórias clássicas de acordo com o método do tempo complexo e considerando também a variação nas posições iniciais c finais dessas trajetórias, obtemos as equações de movimento das chamadas trajetórias clássicas especiais. Este tratamento das coordenadas iniciais c finais das trajetórias clássicas substitui o procedimento seguido no trabalho de Ueda onde é considerc1da uma aceleração nula durante todo o trajeto de movimento incluindo o trajeto na região da barreira. Diferentemente do artigo citado de Ueda, no presente trabalho utilizamos pacotes de ondas relativamente bem localizados para descrever os estados inicial e final da partícula. Em consequência, aproximamos o espectro de transmissão da partícula através de trajetórias clássicas especiais com coordenadas iniciais c finais iguais ao valor médio da coordenada para esses pacotes de ondas. O procedimento seguido neste trabalho, baseado no método do tempo complexo, permite obter o fator ele acoplamento apropriado entre as duas trajetórias que descrevem a ação efetiva ela partícula substituindo assim o procedimento de tipo ad hoc seguido com este fim no trabalho indicado de Ueda. O método do tempo complexo permite obter também o termo ela diferença entre a ação efetiva da partícula c o expoente ele tunelamento, sendo que estas grandezas são tratadas como iguais no trabalho citado de Ueda. Considerando termos até primeira ordem num campo elétrico externo c na interação da partícula com o banho de osciladores, obtemos expressões gerais para o expoente de tunelamento, o espectro de transmissão, a taxa total de tunelamento c o tempo de travessia da partícula através da barreira, válidas para um banho de osciladores com uma função de densidade espectral arbitrária. Assim temos que a interação da partícula com um banho de osciladores com uma função de densidade espectral arbitrária diminui a taxa total de tunelamento. Adicionalmente, obtemos que a interação da partícula com os osciladores do banho com frequências ?a = ?C ~ 1.9 T , onde T0 é o tempo característico de travessia através da barreira no caso cm que não há interação da partícula com o banho de osciladores nem campo elétrico, não afeta o tempo característico de travessia através da barreira. Por outro lado, a interação da partícula com os osciladores do banho que têm frequências ?a < ?C (?a > ?C) diminui (aumenta) o tempo característico de travessia através da barreira. No caso de um banho de osciladores com uma única frequência w c uma constante de acoplamento com a partícula dada por Ca = Ca (wT)a , são identificados cinco comportamentos diferentes em função de w para o expoente característico de tunelamento e o tempo característico de travessia através da barreira. Estes comportamentos correspondem aos valores de s < 1, s = 1, 1 < s < 2, s = 2 e s > 2. No trabalho de M. Ueda, Phys. Rev. B 54, 8676 (1996), foi considerado somente o expoente característico de tunelamento no caso s = 1. No caso de um banho ôhmico de osciladores a temperatura zero, assim corno no caso de um banho de osciladores com uma única frequência, obtemos que o espectro de transmissão da partícula é zero para urna energia final característica da partícula maior que a energia inicial característica. Este resultado corrige o resultado correspondente no trabalho citado de Ueda, o qual não é consistente do ponto de vista físico, permitindo também obter de um modo mais coerente a corrente de tunelamento entre dois metais separados por um material isolante a temperatura zero. Obtém-se também que a interação da partícula com um banho ôhmico de osciladora não afeta o tempo característico de travessia através da barreira até primeira ordem nessa interação / Abstract: This work was motivated by several difficulties found when studying the article by M . Ueda, Transmission Spectrum of a Tunneling Particle Interacting with Dynamical Fields: Real-Time Functional-Integral Approach, Phys. Rev. B 54, 8676 (1996). In that paper, using a real-time formalism, a tunneling particle is described by complex traversal times of tunneling. In the present work we propose a broader real-time formalism that allows for a more natural introduction of complex values of time in the description of a tunneling particle interacting with the environment. This proposal is based on the well-known complex time method used in the case of a tunneling particle with no interaction with the environment studied in the works of D. W. McLaughlin, J. Math. Phys. 13, 1099 (1972) and B. R. Holstein and A. R. Swift, Am. J. Phys. 50, 833 (1982). Following the cited work of Ueda, the environment of the particle is represented by a set, or heat bath, of harmonic oscillators which is characterized by a spectral density function J(w). Using the Feynman path integrals method, we integrate out the coordinates of the bath oscillators and obtain an exact expression for the transmission spectrum of the particle for a bath temperature T > O. Limiting ourselves to the simpler case T = O, we study the case of a dissipative tunneling of the particle. Considering h a small parameter (semiclassical limit) we approximate the transmission spectrum of the particle by the contribution of the classical trajectories and its neighboring paths. In this approach we consider the variation of the effective action of the particle for given duration times of the paths and replace the variation procedure followed in the cited work of Ueda where the variation in the traversal times of tunneling is not considered. In a second variation problem for the duration times of the classical paths, according to the complex time method and considering also the variation in the initial and final positions of these paths, we obtain the equations of motion for the so-called special classical paths. This treatment of the initial and final coordinates of the classical paths replaces the procedure followed in the cited work of Ueda where an acceleration equal to zero is considered during the entire path of motion including the region under the barrier. Unlike the cited article of Ueda, we use in the present work wave packets relatively well localized to describe the init.ial and final statics of the particle. Conscqncnt.ly, we approximate the transmission spectrum of the particle through special classical paths with initial and final coordinates equal to the average value of the coordinate for those wave packets. The procedure followed in this work, based on the complex time method, gives the appropriate coupling factor between the two paths describing the effective action of the particle and thus replaces the ad hoc procedure followed for this purpose in the cited work of Ueda. The complex time method also allows us to obtain the difference term between the effective action of the particle and the tunneling exponent. These quantities are treated as equal in Ueda\'s work. Considering terms up to first order in an external electric field and the interaction of the particle with the bath of oscillators, we obtain general expressions for the tunneling exponent, transmission spectrum, total tunneling rate and traversal time of tunneling, which are valid for a bath of oscillators with an arbitrary spectral lenity function. We find that the interaction of the particle with a bath of oscillators with an arbitrary spectral density function decreases the total tunneling rate. Also, we find that the interaction of the particle with the bath oscillators with frequencies ?a = ?C ~ 1.9 T , where To is the characteristic traversal time of tunneling when there is no interaction of the particle with the bath of oscillators nor electric field. , does not affect the characteristic traversal time of tunneling. On the other hand, the interaction of the particle with the bath oscillators having frequencies ?a< ?c (?a: > ?c decreases (increases) the characteristic traversal time of tunneling. In the case of a bath of oscillators with a single frequency w and a coupling constant with the particle given by Ca = Ca (wT)a we identify five different behaviors deepening on w for the characteristic tunneling exponent and the characteristic traversal time of tunneling. These behaviors correspond to the values of s < 1, s = 1, 1 < s < 2, s = 2 and s > 2. In the work of M. Ueda, Phys. Rev. B 54, 8676 (1996), it was only considered the characteristic tunneling exponent in the case s = 1. In the case of an ohmic bath of oscillators at zero temperature, as well as in the case of a bath of oscillators with a single frequency, we obtain that the transmission spectrum of the particle is ;1,cro for a final characteristic energy of the particle greater than the initial characteristic energy. This result corrects the corresponding result in Ueda work, which is not consistent from a physical point of view, allowing also for a more coherent derivation of the tunneling current between two metals separated by an insulating material at zero temperature. It is also obtained that the interaction of the particle with an ohmic bath of oscillators does not affect the characteristic traversal time of tunneling up to first order in that interaction / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:51:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Veronez_Matheus_D.pdf: 15544434 bytes, checksum: 608af036b8db9a50a1b8ed957b506d84 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Representações no espaço de fase são ferramentas bastante difundidas no estudo e na simulação de sistemas quânticos, principalmente devido aos seus apelos clássicos. Tanto na mecânica quântica quanto na clássica, elementos similares, tal como densidades de probabilidade, podem ser definidos e usados para comparar ambos regimes. Neste trabalho construímos a partir de primeiros princípios uma corrente quântica no espaço de fase na representação de estados coerentes canônicos. Determinamos a corrente quântica para sistemas sob evolução de uma hamiltoniana genérica e mostramos que ela pode ser expandida numa série de potências em $hbar$ cujo termo de ordem mais baixa é a corrente clássica. Calculamos analiticamente a corrente para alguns sistemas uni-dimensionais simples. A corrente quântica apresenta propriedades não-clássicas, por exemplo, inversão de momento e surgimento de novos pontos de estagnação aos pares durante a dinâmica. Mostramos que estes pares são compostos por um ponto de sela, que é um zero da densidade de probabilidade e possui uma carga topológica de -1, e por um vórtice, que possui carga +1. Ambos pontos constituem o que denominamos dipolo topológico. Analisamos o papel destes dipolos no espalhamento de uma partícula por uma barreira gaussiana e mostramos que suas localizações em relação às superfícies de energia clássicas e em relação aos máximos da densidade de probabilidade são assinaturas de tunelamento / Abstract: Phase space representations are widely used tools to study and simulate the quantum dynamics of systems, mainly due to its natural classical appeal. In both classical and quantum mechanics, corresponding but not equivalent structures, such as probability densities, can be defined and explored to compare both dynamical regimes. In this work, we constructed from first principles the quantum phase space current for a quantum system in the canonical coherent states representation. We determined the quantum current for systems evolving under a general Hamiltonian, and we showed that the current can be expanded as a power series in $hbar$, whose lowest order term is the classsical current. We also calculated analytically the quantum current for simple one-dimensional systems. The quantum current presents non-classical features, such as momentum inversion and emergence of new stagnation points which appear in pairs during the dynamics. We showed that the pairs are composed by a saddle point, which is a zero of the phase space probability density and bears a topological charge -1, and a vortex, with charge +1. Both points constitute what we named a topological dipole. We analysed the role the dipoles play in the scattering of a particle by a gaussian barrier, and we showed that the location of the dipoles in relation to the classical energy surfaces and the quantum probability density maxima is a fingerprint of quantum tunneling / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2013/02248-0 / 157615/2011-1 / FAPESP / CNPQ

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