Orientador: Vitor Baranauskas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T16:43:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parizotto_NivaldoAntonio_D.pdf: 13997717 bytes, checksum: 8e9a437c14abb40ef0dc13dfec1c96bc (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho apresenta uma série de resultados referentes a utilização da Microscopia de Força Atômica (MFA) em aplicações na observação de materiais biológicos, comprovando sua eficácia como importante método para investigação de variados fenômenos, A estrutura molecular do colágeno do tendão de rato foi utilizado como modelo de reparação teciduaL Utilizou-se laser de ReNe (6 mW) como recurso no intuito de promover ou facilitar a cicatrização e se analisou por meio da MFA, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR), estes últimos com objetivos de dar um panorama de menor ampliação do tecido em reparação e avaliar os aspectos das possíveis modificações bioquímicas na estrutura das moléculas de colágeno, respectivamente. A MEV mostrou evidências de melhor organização na reparação do tendão nos animais tratados com o laser de ReNe, acelerando-a em relação aos animais controle, não tratados. Os animais tratados pelo laser com diferentes doses, mostrou sinais de aceleração do processo na dependência da dose. As doses que foram mais eficientes foram 5 J/cm2, 50 J/cm2e 0,5 J/cm2 considerados em ordem decrescente. Tais resultados foram corroborados com a MFA, repetindo as características de auto enrolamento, mesmo quando observado em resoluções maiores. Não houve modificações dignas de nota quando comparados os resultados obtidos com FT-IR. Provavelmente houve alguma falha na preparação das amostra para este objetivo, uma vez que as amostras eram as mesmas preparadas para análises no MFA... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Some works were seem results by use of Atomic Force Microscopy (AFM) in biological applications. This method of investigation has been aproved in some kinds of biological analysis. The collagen molecular structure of rat tendon were used as a model of tissue repair. The HeNe laser (CW power = 6 mW) were applied to promote or stimulate the wound repair. We analised this phenomenon by Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Infrared Spectroscopy (FT-IR). The SEM has low amplificationin the image and can show the repair tissue and the FTIR revealed the biochemical changes in the collagen molecule structure. The SEM image show best tendon repair in HeNe laser treated animals than controls, no treated, specially in the rate of organization. AlI treated groups exhibited faster tendon repair than for the control groups, but the dose of laser is very important in this way. The best doses were in decreasing order 5J/cm2, 50 J/cm2 and 0,5 J/cm2. These results were confirmed with AFM, which presents coiling formatoIn the results, FT-IR exhibits no differences in the groups of animals. The phenomena of best collagen molecule order, raise in fiber diameter, collagen bundle to grow thick and raise the azimutal axis are several of evidence to support the idea of positive laser action in collagen molecule. Probably the laser radiation play as a signal in extracellular matrix for the fibrillar structural changes, that occur after the coherent electromagnetic field interaction with collagen molecules... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Magnetic tunnel junctions (MTJ) ofCoFeB=MgO=CoFeB and multilayers of (CoFeB=MgO)x3 were produced using the technique of magnetron sputtering, where the insulating film was grown in an atmosphere reactive Ar +O. Multilayers were produced on measures of X-ray difraction and magnetization. Junctions for transport measurements. All curves IxV, nonlinear, were measured at room temperature, and adjustments made using the Simmons model for symmetric barrier. Adjustments were made firt for the positive voltages and then to negative voltages, where the height and thickness of the barrier and the effective area of tunneling was always considered free parameters. Since the effective area of tunneling, much smaller than the area produced during deposition,thus indicating the existence of points where the current tunneling through the barrier,due to fluctuations in the thickness of the insulation. The post was seen exponential growth of the resistance multiplied by the effective area of tunneling as a function of thickness, using only the values calculated from the simulation curves IxV. We also observed the curve of conductance versus voltage, for the investigation of oxidation or not the interface between electrode and barrier, showing that almost 100% of samples of the tunnel junctions was low oxidation of the electrode (positive). / Junções túnel magnéticas (MTJ) deCoFeB=MgO=CoFeB e multicamadas deCoFeB=MgO)x3 foram produzidas utilizando a técnica de magnetron sputtering, onde o filme isolante foi crescido em atmosfera reativas, Ar+O. As multicamadas foram produzidas visando medidas de difração de raio-X (XRD) e magnetização. As junções, para medidas de transporte. Todas as curvas IxV, não lineares, foram medidas a temperatura ambiente, e os ajustes realizados utilizando o modelo de Simmons para barreira simétrica. Os ajustes foram realizados primeiro para as tensões positivas e depois para tensões negativas, onde a altura e a espessura da barreira, e a área efetiva de tunelamento foram considerados parâmetros livres sempre. Sendo a área efetiva de tunelamento, muito menor, do que a área produzida durante a deposição, indicando assim a existência de pontos onde a corrente de tunelamento atravessa a barreira, devido a flutuações na espessura do isolante. A posteriori foi verificado o crescimento exponencial da resistência multiplicada pela área efetiva de tunelamento em função da espessura, utilizando somente valores calculados através das simulações das curvas IxV. Também foi verificada a curva de condutância versus a tensão, para a investigação da oxidação ou não da interfase entre eletrodo e barreira, mostrando que quase 100% das amostras das junções túnel ocorreu oxidação do eletrodo de baixo (positivo).

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzún / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_ImaraLima_M.pdf: 9006612 bytes, checksum: accaacf2ec8bab2326612b97e18b9b16 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um estudo do tunelamento e do transporte quântico em sistemas mesoscópicos, particularmente em junções de tunelamento magnéticas, visando esclarecer a polarização magnética da corrente de tunelamento. Nos dispositivos de tunelamento, um filme isolante é crescido entre os eletrodos ferromagnéticos. Nesse sistema a condutância é controlada pelo coeficiente de transmissão do efeito túnel. Nos metais de transição (Fe, Co, Ni), as bandas s, p e d contribuem para a condução eletrônica, entretanto a magnetização deve-se à polarização das bandas d. Resultados experimentais mostram que essa polarização da corrente pode ser muito diferente da polarização do volume no nível de Fermi, podendo até estar invertida. Qualitativamente sabe-se que os elétrons da banda d apresentam menor probabilidade de tunelamento do que os elétrons s ou p. Os elétrons de condução do tipo s são representados por ondas planas com vetores de onda pequenos (centro da zona de Brillouin). Já os elétrons d possuem maior massa efetiva e um caráter localizado, portanto, são representados por pacotes de muitas componentes de ondas planas com vetores de onda maiores. Estudamos o tunelamento desses elétrons por barreiras de potencial que representam o material isolante entre eletrodos metálicos. Propomos um modelo simples para a corrente de tunelamento e estimamos o efeito da magnetoresitência / Abstract: This work introduces a detailed study of tunneling and quantum transport in mesoscopic systems, particularly in tunneling magnetic junctions, to understand the magnetic polarization of the tunneling current. These systems consist of two ferromagnetic metal layers separated by a thin insulating barrier layer. The conductance is controlled by the transmission coeficient of the tunnel effect. In the transition metal (Fe, Co, Ni), the bands s, p and d contribute to the electronic conduction, however, to the magnetization only the d-band contributes. Experimental results show that the current polarization may be different of the bulk polarization in the Fermi level and may be reversed. Qualitatively it is known that tunneling probability of the d-like electrons is lower than the s-like and p-like electrons. The s-electrons are represented by wave planes with small wave vector (center of the Brillouin zone). Since the d-electrons have higher effective mass and they are localized states, they are represented by wave packet with many components of wave planes with larger wave vectors. We investigate the tunneling of these electrons through potential barriers, which represent the insulating layer between the ferromagnetic electrodes. We propose a simple model for the tunneling current and estimated the effect of the magnetoresistance / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestra em Física

Orientador: Abner de Siervo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fatayer_ShadiPassam_M.pdf: 3223190 bytes, checksum: f98805b3695907c808260ec6d392c1b8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O estudo de sistemas moleculares em cima de substratos metálicos tem atraído uma crescente atenção da comunidade científica. O melhor entendimento sobre as características de auto-organização e a habilidade de controlá-las em moléculas tem gerado formas mais baratas e rápidas de usar a abordagem bottom-up em nanociência. Dentre os diversos estudos feitos, podemos citar o desenvolvimento de sensores de gás que utilizam do sinal magnético de uma camada auto-organizada de moléculas e da ligação de pequenas moléculas como CO ou NO que promovem a emergência de magnetismo na amostra. Outro aspecto interessante do estudo de sistemas moleculares se encontra na similariedade das moléculas que podem ser utilizadas com moléculas encontradas nos processos recorrentes na natureza, por exemplo, as clorofilas e hemoglobinas. Isto significa que ao estudar moléculas simples é possível mimetizar um comportamento parecido com o das moléculas citadas. Neste sentido, em nosso trabalho estudamos dois tipos de moléculas ¿ Porfirinas e Ftalocianinas ¿ e as propriedades estruturais quando depositadas em diferentes substratos metálicos. As porfirinas foram analisadas em uma superfície de baixo índice de Miller, Cu(111), e tiveram seu comportamento comparado com o análogo em superfícies vicinais, Au(332) e Au(788). As porfirinas formam estruturas em 1D quando depositadas em pequenas quantidades, dependendo da natureza do substrato e a largura de seu terraço. Em maiores coberturas, as porfirinas formam diferentes estruturas de empacotamento fechado em 2D, de simetrias quadrada e paralelogrâmica. Eletronicamente observou-se a modificação do entorno químico do níquel quando a molécula de NiTPP é adsorvida no Cu(111). As ftalocianinas foram depositadas em diferentes substratos visando a produção de co-organização de dois tipos de moléculas num padrão tabuleiro de xadrez. Após a obtenção do padrão de tabuleiro de xadrez, nós realizamos experimentos para elucidar os mecanismos que possibilitam formar tais estruturas. Com o intuito de estudar auto-organização molecular, nós empregamos técnicas sensíveis a superfícies como a Microscopia de Tunelamento, Espectroscopia de Tunelamento e Espectroscopia de Fotoemissão por Raios-X. Tais técnicas possibilitam a obtenção das propriedades estruturais e eletrônicas das nanoestruturas formadas / Abstract: The study of molecular systems on top of metal substrates has gathered increased atten-tion of the scientific community. Better understanding over different self-assembly haracteristics and the ability to control them in molecules has led to the development of quicker and cheaper routes of the use of the bottom-up approach in nanoscience. Among the diverse studies, we can cite the development of gas sensors that use the mag-netic signal of a self-assembled layer of molecules and the eventual binding of small molecules such as CO or NO leading to the emergence of magnetism on the sample. Another interesting aspect of the study of molecular systems is the similarity of molecules commonly used with molecules found in nature processes, e.g. chlorophylls and hemeglobins. This means that by studying simple molecules one can try to mimic the natural processes of those natural molecules. In this sense, in our work we have studied two classes of molecules ¿ Porphyrins and Phthalocyanines ¿ and their structural properties when deposited on different metal substrates. The porphyrins were analyzed on a low-index miller surface, Cu(111) and compared to their be-havior when deposited on vicinal substrates, Au(332) and Au(788). The porphyrins were ob-served to form 1D structures when deposited in small quantities depending on the nature of the substrate and its terrace width. At higher coverages, porphyrins formed different close-packed 2D structures, with square and parallelogram symmetry. Electronically was observed the modifica-tion of the chemical environment of nickel when NiTPP is adsorbed on Cu(111). The phthalo-cyanines were deposited on different substrates as well, towards the goal of producing co-assembling of two types of molecules as chessboard arrays. After the chessboard array was obtained, we gathered knowledge about the mechanisms that formed such structures. Towards the goal of studying molecular self-assembly, we have employed proper surface sensitive techniques such as Scanning Tunneling Microscopy, Scanning Tunneling Spectroscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Such techniques allowed us to obtain the structural and electronic properties of the nanostructures formed / Mestrado / Física / Mestre em Física

Este trabalho teve como objetivo estudar os transistores de tunelamento por efeito de campo em estruturas de nanofio (NW-TFET), sendo realizado através de analises com base em explicações teóricas, simulações numéricas e medidas experimentais. A fim de avaliar melhorar o desempenho do NW-TFET, este trabalho utilizou dispositivos com diferentes materiais de fonte, sendo eles: Si, liga SiGe e Ge, além da variação da espessura de HfO2 no material do dielétrico de porta. Com o auxílio de simulações numéricas foram obtidos os diagramas de bandas de energia dos dispositivos NW-TFET com fonte de Si0,73Ge0,27 e foi analisada a influência de cada um dos mecanismos de transporte de portadores para diversas condições de polarização, sendo observado a predominância da influência da recombinação e geração Shockley-Read-Hall (SRH) na corrente de desligamento, do tunelamento induzido por armadilhas (TAT) para baixos valores de tensões de porta (0,5V > VGS > 1,5V) e do tunelamento direto de banda para banda (BTBT) para maiores valores tensões de porta (VGS > 1,5V). A predominância de cada um desses mecanismos de transporte foi posteriormente comprovada com a utilização do método de Arrhenius, sendo este método adotado em todas as análises do trabalho. O comportamento relativamente constante da corrente dos NW-TFETs com a temperatura na região de BTBT tem chamado a atenção e por isso foi realizado o estudo dos parâmetros analógicos em função da temperatura. Este estudo foi realizado comparando a influência dos diferentes materiais de fonte. O uso de Ge na fonte, permitiu a melhora na corrente de tunelamento, devido à sua menor banda proibida, aumentando a corrente de funcionamento (ION) e a transcondutância do dispositivo. Porém, devido à forte dependência de BTBT com o campo elétrico, o uso de Ge na fonte resulta em uma maior degradação da condutância de saída. Entretanto, a redução da espessura de HfO2 no dielétrico de porta resultou no melhor acoplamento eletrostático, também aumentando a corrente de tunelamento, fazendo com que o dispositivo com fonte Ge e menor HfO2 apresentasse melhores resultados analógicos quando comparado ao puramente de Si. O uso de diferentes materiais durante o processo de fabricação induz ao aumento de defeitos nas interfaces do dispositivo. Ao longo deste trabalho foi realizado o estudo da influência da densidade de armadilhas de interface na corrente do dispositivo, demonstrando uma relação direta com o TAT e a formação de uma região de platô nas curvas de IDS x VGS, além de uma forte dependência com a temperatura, aumentando a degradação da corrente para temperaturas mais altas. Além disso, o uso de Ge introduziu maior número de impurezas no óxido, e através do estudo de ruído foi observado que o aumento na densidade de armadilhas no óxido resultou no aumento do ruído flicker em baixa frequência, que para o TFET, ocorre devido ao armadilhamento e desarmadilhamento de elétrons na região do óxido. E mais uma vez, o melhor acoplamento eletrostático devido a redução da espessura de HfO2, resultou na redução desse ruído tornando-se melhor quando comparado à um TFET puramente de Si. Neste trabalho foi proposto um modelo de ruído em baixa frequência para o NW-TFET baseado no modelo para MOSFET. Foram realizadas apenas algumas modificações, e assim, obtendo uma boa concordância com os resultados experimentais na região onde o BTBT é o mecanismo de condução predominante. / This work aims to study the nanowire tunneling field effect transistors (NW-TFET). The analyses were performed based on theoretical explanations, numerical simulations and experimental data. In order to improve the NW-TFET performance, it was used devices with different source compositions, such as Si, SiGe alloy and Ge, besides different thicknesses of HfO2 for the gate dielectric. With the aid of numerical simulations it was obtained the NW-TFET energy band diagrams and analyzed the influence of recombination and generation Shockley-Read-Hall (SRH) on the off current, the influence of the trap assisted tunneling (TAT) at low gate voltage bias (0,5V > VGS > 1,5V) and the direct band to band tunneling (BTBT) at higher gate voltage bias(VGS > 1,5V). The predominance of each conduction mechanisms was confirmed by the Arrhenius plot method, being this method adopted in all analysis in this work. The constant current with the temperature in the BTBT region has drawn attention and due to that, this work have studied the NW-TFET analog performance as function of temperature and also the influence of the source composition. The Ge source device shows an improved tunneling current, related to the bandgap narrowing, which leads to higher ION and transconductance. However, due to the strong BTBT dependence with the electric field, the use of Ge as source results in further ION/IOFF degradation. Despite this, the reduced HfO2 thickness in the gate dielectric, results in better electrostatic coupling, which also increases the tunneling current, making this device to present better analog performance when compared to devices with Si source. The use of different materials during the device fabrication leads to an increase of the interface defects. This work presented the influence of the interface trap density on the current, showing a direct relation with TAT and appearance of a plateau region in the IDS x VGS curves. In addition it was shown a strong temperature dependence increasing the current degradation at higher temperatures. Furthermore, the use of Ge has shown an increase of impurities in the oxide, and through the noise study it was observed the flicker noise increase at low frequency, which for TFETs, occurs due to the electrons trapping and detrapping in the oxide region. Once again, the reduced HfO2 thickness leads to better electrostatic coupling, resulting in noise reduction and becoming better when compared to a devices with Si source. In this work was proposed a low frequency noise model for a NW-TFET based on MOSFET models. Minor changes have been done, and thus a good agreement with the experimental results in the region where the BTBT is predominant conduction mechanism was obtained.

Este trabalho teve como objetivo estudar os transistores de tunelamento por efeito de campo em estruturas de nanofio (NW-TFET), sendo realizado através de analises com base em explicações teóricas, simulações numéricas e medidas experimentais. A fim de avaliar melhorar o desempenho do NW-TFET, este trabalho utilizou dispositivos com diferentes materiais de fonte, sendo eles: Si, liga SiGe e Ge, além da variação da espessura de HfO2 no material do dielétrico de porta. Com o auxílio de simulações numéricas foram obtidos os diagramas de bandas de energia dos dispositivos NW-TFET com fonte de Si0,73Ge0,27 e foi analisada a influência de cada um dos mecanismos de transporte de portadores para diversas condições de polarização, sendo observado a predominância da influência da recombinação e geração Shockley-Read-Hall (SRH) na corrente de desligamento, do tunelamento induzido por armadilhas (TAT) para baixos valores de tensões de porta (0,5V > VGS > 1,5V) e do tunelamento direto de banda para banda (BTBT) para maiores valores tensões de porta (VGS > 1,5V). A predominância de cada um desses mecanismos de transporte foi posteriormente comprovada com a utilização do método de Arrhenius, sendo este método adotado em todas as análises do trabalho. O comportamento relativamente constante da corrente dos NW-TFETs com a temperatura na região de BTBT tem chamado a atenção e por isso foi realizado o estudo dos parâmetros analógicos em função da temperatura. Este estudo foi realizado comparando a influência dos diferentes materiais de fonte. O uso de Ge na fonte, permitiu a melhora na corrente de tunelamento, devido à sua menor banda proibida, aumentando a corrente de funcionamento (ION) e a transcondutância do dispositivo. Porém, devido à forte dependência de BTBT com o campo elétrico, o uso de Ge na fonte resulta em uma maior degradação da condutância de saída. Entretanto, a redução da espessura de HfO2 no dielétrico de porta resultou no melhor acoplamento eletrostático, também aumentando a corrente de tunelamento, fazendo com que o dispositivo com fonte Ge e menor HfO2 apresentasse melhores resultados analógicos quando comparado ao puramente de Si. O uso de diferentes materiais durante o processo de fabricação induz ao aumento de defeitos nas interfaces do dispositivo. Ao longo deste trabalho foi realizado o estudo da influência da densidade de armadilhas de interface na corrente do dispositivo, demonstrando uma relação direta com o TAT e a formação de uma região de platô nas curvas de IDS x VGS, além de uma forte dependência com a temperatura, aumentando a degradação da corrente para temperaturas mais altas. Além disso, o uso de Ge introduziu maior número de impurezas no óxido, e através do estudo de ruído foi observado que o aumento na densidade de armadilhas no óxido resultou no aumento do ruído flicker em baixa frequência, que para o TFET, ocorre devido ao armadilhamento e desarmadilhamento de elétrons na região do óxido. E mais uma vez, o melhor acoplamento eletrostático devido a redução da espessura de HfO2, resultou na redução desse ruído tornando-se melhor quando comparado à um TFET puramente de Si. Neste trabalho foi proposto um modelo de ruído em baixa frequência para o NW-TFET baseado no modelo para MOSFET. Foram realizadas apenas algumas modificações, e assim, obtendo uma boa concordância com os resultados experimentais na região onde o BTBT é o mecanismo de condução predominante. / This work aims to study the nanowire tunneling field effect transistors (NW-TFET). The analyses were performed based on theoretical explanations, numerical simulations and experimental data. In order to improve the NW-TFET performance, it was used devices with different source compositions, such as Si, SiGe alloy and Ge, besides different thicknesses of HfO2 for the gate dielectric. With the aid of numerical simulations it was obtained the NW-TFET energy band diagrams and analyzed the influence of recombination and generation Shockley-Read-Hall (SRH) on the off current, the influence of the trap assisted tunneling (TAT) at low gate voltage bias (0,5V > VGS > 1,5V) and the direct band to band tunneling (BTBT) at higher gate voltage bias(VGS > 1,5V). The predominance of each conduction mechanisms was confirmed by the Arrhenius plot method, being this method adopted in all analysis in this work. The constant current with the temperature in the BTBT region has drawn attention and due to that, this work have studied the NW-TFET analog performance as function of temperature and also the influence of the source composition. The Ge source device shows an improved tunneling current, related to the bandgap narrowing, which leads to higher ION and transconductance. However, due to the strong BTBT dependence with the electric field, the use of Ge as source results in further ION/IOFF degradation. Despite this, the reduced HfO2 thickness in the gate dielectric, results in better electrostatic coupling, which also increases the tunneling current, making this device to present better analog performance when compared to devices with Si source. The use of different materials during the device fabrication leads to an increase of the interface defects. This work presented the influence of the interface trap density on the current, showing a direct relation with TAT and appearance of a plateau region in the IDS x VGS curves. In addition it was shown a strong temperature dependence increasing the current degradation at higher temperatures. Furthermore, the use of Ge has shown an increase of impurities in the oxide, and through the noise study it was observed the flicker noise increase at low frequency, which for TFETs, occurs due to the electrons trapping and detrapping in the oxide region. Once again, the reduced HfO2 thickness leads to better electrostatic coupling, resulting in noise reduction and becoming better when compared to a devices with Si source. In this work was proposed a low frequency noise model for a NW-TFET based on MOSFET models. Minor changes have been done, and thus a good agreement with the experimental results in the region where the BTBT is predominant conduction mechanism was obtained.

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

Esse trabalho de mestrado teve como estudo o transistor Túnel-FET (TFET) fabricado em estrutura de nanofio de silício. Este estudo foi feito de forma teórica (simulação numérica) e experimental. Foram estudadas as principais características digitais e analógicas do dispositivo e seu potencial para uso em circuitos integrados avançados para a próxima década. A análise foi feita através da extração experimental e estudo dos principais parâmetros do dispositivo, tais como inclinação de sublimiar, transcondutância (gm), condutância de saída (gd), ganho intrínseco de tensão (AV) e eficiência do transistor. As medidas experimentais foram comparadas com os resultados obtidos pela simulação. Através do uso de diferentes parâmetros de ajuste e modelos de simulação, justificou-se o comportamento do dispositivo observado experimentalmente. Durante a execução deste trabalho estudou-se a influência da escolha do material de fonte no desempenho do dispositivo, bem como o impacto do diâmetro do nanofio nos principais parâmetros analógicos do transistor. Os dispositivos compostos por fonte de SiGe apresentaram valores maiores de gm e gd do que aqueles compostos por fonte de silício. A diferença percentual entre os valores de transcondutância para os diferentes materiais de fonte variou de 43% a 96%, sendo dependente do método utilizado para comparação, e a diferença percentual entre os valores de condutância de saída variou de 38% a 91%. Observou-se também uma degradação no valor de AV com a redução do diâmetro do nanofio. O ganho calculado a partir das medidas experimentais para o dispositivo com diâmetro de 50 nm é aproximadamente 45% menor do que o correspondente ao diâmetro de 110 nm. Adicionalmente estudou-se o impacto do diâmetro considerando diferentes polarizações de porta (VG) e concluiu-se que os TFETs apresentam melhor desempenho para baixos valores de VG (houve uma redução de aproximadamente 88% no valor de AV com o aumento da tensão de porta de 1,25 V para 1,9 V). A sobreposição entre porta e fonte e o perfil de dopantes na junção de tunelamento também foram analisados a fim de compreender qual combinação dessas características resultariam em um melhor desempenho do dispositivo. Observou-se que os melhores resultados estavam associados a um alinhamento entre o eletrodo de porta e a junção entre fonte e canal e a um perfil abrupto de dopantes na junção. Por fim comparou-se a tecnologia MOS com o TFET, obtendo-se como resultado um maior valor de AV (maior do que 40 dB) para o TFET. / This Master thesis focused in the study of the NW-TFET. The study was performed either by simulation as by experimental measurements. The main digital and analog characteristics of the device and its potential for use in advanced integrated circuits for the next decade were studied. The analysis was performed by extracting and studying the devices main parameters, such as subthreshold swing, transconductance (gm), output conductance (gd), intrinsic voltage gain (AV) and transistor efficiency. The experimental measurements were compared with the results obtained by simulation. Utilizing different simulation fitting parameters and models, the device behavior (observed in the experimental measurements) was understood and explained. During the execution of this work, either the influence of the source material on the device performance, as the impact of the nanowire diameter on the transistor main analog parameters, were studied. The devices with SiGe source presented higher values of gm and gd than those with silicon source. The percentual difference among the values of transconductance for the different source materials varied from 43% to 96%, being dependent on the method utilized for the comparison, and the percentual difference among the values of output conductance varied from 38% to 91%. A degradation of AV was also observed with the nanowire diameter reduction. The gain calculated from the experimental measurements for the device with 50 nm of diameter is approximately 57% lower than the gain corresponding to the diameter of 110 nm. Furthermore, the impact of the diameter considering different gate biases (VG) was analysed. It was concluded that TFETs show improved performance for lower values of VG (a reduction of approximately 88% of AV was observed for an increase of the gate voltage from 1.25 V to 1.9 V). The gate/source overlap length and the dopant profile at the tunneling junction were also analyzed in order to understand which combination of this features would result in a better performance of the device. It was observed that the best results were related to an alignment between the gate electrode and the source/channel junction and to an abrupt dopant profile at the junction. Finally, the MOS technology was compared with TFET, resulting in a higher AV (higher than 40 dB) for the TFET.

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

Nesta tese abordamos o problema de transferência e manipulação de informação quântica em sistemas dissipativos. Inicialmente apresentamos uma técnica para construir, dentro de redes bosônicas dissipativas, canais livres de decoerência (CLD): um grupo de modos normais de osciladores com taxas de amortecimento efetivas nulas. Verificamos que os estados protegidos dentro do CLD definem subespaços livres de decoerência (SLD) quando mapeados de volta para a base dos osciladores naturais da rede. Portanto, a nossa técnica para obter canais protegidos formados por modos normais é uma forma alternativa para construir SLD, que oferece vantagens em relação ao método convencional. Nosso protocolo permite o cálculo de todos os estados da rede protegidos de uma só vez, assim como leva naturalmente ao conceito de subespaço quase livre de decoerência (SQLD), dentro do qual um estado de superposição é quase completamente protegido. O conceito de SQLD, é mais fraco do que a dos SLD, pode proporcionar um mecanismo mais manejável para controlar decoerência. Em seguida desenvolvemos um protocolo para transferência quase perfeita de estados de poláriton de um sistema emissor para um receptor, separados espacialmente, ambos acoplados por um canal de transmissão não ideal que é modelado por uma rede de cavidades dissipativas. Esse protocolo consiste no acoplamento dispersivo entre o estado de poláriton preparado no emissor com os modos normais da rede que forma o canal, o que possibilita que o estado tunele para o receptor. Após a obtenção de um Hamiltoniano efetivo para o acoplamento entre o emissor e receptor, calculamos a fidelidade para a transferência de alguns estados de poláriton, por exemplo, estados tipo gato de Schrödinger. Mostramos que as taxas de decaimento da fidelidade são proporcionais a cooperatividade, parâmetro esse que avalia a relação entre a taxa de dissipação e o acoplamento efetivo. Analisamos a dependência da fidelidade e do tempo de transferência em relação à topologia da rede. Por fim, propomos o mecanismo de tunelamento não local para transferência de estados bosônicos e fermiônicos com alta fidelidade. Demonstramos que a incoerência decorrente das não idealidades quânticas do canal é quase totalmente contornada pelo mecanismo de tunelamento que possibilita um processo de transferência de alta fidelidade. Aplicamos esse mecanismo para transferência e processamento de informações entre múltiplos circuitos quântico (CQs) não ideais. Um conjunto de saídas é simultaneamente acoplado ao conjunto correspondente de entradas de outro QC espacialmente separado do primeiro, através de um único canal quântico não ideal. Mostramos que além da transferência de estados, podemos realizar operações logicas entre qubits distantes e gerar uma pletora de estados quânticos emaranhados. / In this thesis we address the problem of transfer and manipulation of quantum information in dissipative systems. First we present a technique to build, within a dissipative bosonic network, decoherence-free channels (DFCs): a group of normal-mode oscillators with null effective damping rates. We verify that the states protected within the DFC define the wellknown decoherence-free subspaces (DFSs) when mapped back into the natural network oscillators. Therefore, our technique to build protected normal-mode channels turns out to be an alternative way to build DFSs, which offers advantages over the conventional method. It enables the computation of all the network-protected states at once, as well as leading naturally to the concept of the decoherence quasi-free subspace (DQFS), inside which a superposition state is quasi-completely protected against decoherence. The concept of the DQFS, weaker than that of the DFS, may provide a more manageable mechanism to control decoherence. Finally, as an application of the DQFSs, we show how to build them for quasi-perfect state transfer in networks of coupled quantum dissipative oscillators. Then we present a scheme for quasi perfect transfer of polariton states from a sender to a spatially separated receiver, both composed of high-quality cavities filled by atomic samples. The sender and the receiver are connected by a nonideal transmission channel the data bus modelled by a network of lossy empty cavities. In particular, we analyze the influence of a large class of data-bus topologies on the fidelity and transfer time of the polariton state. Moreover, we also assume dispersive couplings between the polariton fields and the data-bus normal modes in order to achieve a tunneling-like state transfer. Such a tunneling-transfer mechanism, by which the excitation energy of the polariton effectively does not populate the data-bus cavities, is capable of attenuating appreciably the dissipative effects of the data-bus cavities. After deriving a Hamiltonian for the effective coupling between the sender and the receiver, we show that the decay rate of the fidelity is proportional to a cooperativity parameter that weigh the cost of the dissipation rate against the benefit of the effective coupling strength. The increase of the fidelity of the transfer process can be achieved at the expense of longer transfer times. We also show that the dependence of both the fidelity and the transfer time on the network topology for distinct regimes of parameters. It follows that the data-bus topology can be explored to control the time of the state-transfer process. Finally we propose the nonlocal tunneling mechanism for high-fidelity state transfer between distant parties. We apply this mechanism for highfidelity information transfer and processing between remote multi-branch nonideal quantum circuits (QCs). We show that in addition to the transfer of states, we can perform logic operations between distant qubits and generate a plethora of entangled quantum states.