Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCFD.pdf: 6321506 bytes, checksum: b2c56cc8c4492b4e60e620c6c69f6788 (MD5) Previous issue date: 2003-10-10 / Effects of the direct and exchange electron-electron interaction, external magnetic field, symmetry of the charge carriers confining potential, radius, material g-factor, and also of the spin-orbit interaction in zincblende structure materials, are treated on the electronic and transport properties of semiconductor quantum dots (islands) charged by many particles. Three distinct kinds of confining potentials are considered: spherical, parabolic, and quasi-one-dimensional which, respectively, define a three-dimensional, two-dimensional, and one-dimensional island; the first one is more appropriated for the description of quantum dots formed in glassy matrices, while the last two better describe quantum dots litographically defined in a two-dimensional electron gas. Transport properties are considered in the spherical and quasi-one-dimensional islands, where we assume that the electronic current is in the resonant tunneling ballistic and coherent regimes, with essential role played by the excited states of the specific symmetry. We show that different geometries induce distinct level ordering in the island and that there is, in addition to the usual spin blockade, another kind of blockade mechanism which influences the system current; we label it by orbital blockade, because it is essentially due to the structure geometric confinement. We calculate the electronic spectrum of the many-particle system according to its symmetry. In the spherical case, we firstly use the LS-coupling scheme in order to obtain the eigenstates of an island charged by 3 electrons, following the orbital L and spin S total angular momentum addiction rules; we consider intensities of the magnetic field that allow us to neglect its diamagnetic contribution; the electron-electron interaction is treated as a perturbation in a Hartree-Fock way. In the following we use, in this same symmetry, the Roothaan and Pople-Nesbet matrix methods in order to deal with islands charged by 40 electrons, where the addition spectrum is calculated and Hund s rule is verified; we show how a magnetic field is able to violate such rule. The advantage of this numerical approach is the possibility to deal with a very high occupation in the island; the disadvantage is that their eigenstates do not have defined L and S values, as it is the case in the LS-coupling scheme. In the parabolic case, we employ a numerical diagonalization in order to obtain the island eigenstates charged by 2 electrons, without any restrictions regarding the magnetic field intensity or the system radius; we take into account both possible spinorbit couplings, one related to the implicit absence of zincblende crystalline structure inversion symmetry (Dresselhaus effect), and the other one related to the absence of structure inversion symmetry as caused by the confinement defining the two-dimensional electron gas (Rashba effect); we analyze the critical magnetic fields where both effects give origin to a intrinsic spin mixture in the island, inducing level anticrossings in the Fock-Darwin spectrum where intense spin-flips processes occur. In the quasi-onedimensional case, we just reproduce a known spectrum for an island charged by 4 electrons. / Efeitos da interação elétron-elétron direta e de troca, de um campo magnético externo, da simetria da região de confinamento dos portadores de carga, do raio dessa região, do fator g do material e das possíveis formas de interação spin-órbita em materiais com estrutura zincblende, são abordados nas propriedades eletrônicas e de transporte de pontos quânticos semicondutores (ilhas) populados por muitas partículas. Três distintos tipos de potenciais confinantes são considerados: esférico, parabólico, e quasiunidimensional, os quais, respectivamente, definem uma ilha tridimensional, bidimensional, e unidimensional; o primeiro é mais apropriado para a descrição de pontos quânticos formados em matrizes vítreas, enquanto os dois últimos descrevem melhor pontos quânticos litograficamente definidos em um gás de elétrons bidimensional. Propriedades de transporte só não são consideradas no caso parabólico. Nos demais casos, assumimos que a corrente eletrônica se dê em regime balístico e coerente de tunelamento ressonante, com participação essencial dos estados excitados da respectiva simetria. Comprovamos que diferentes geometrias induzem distintos ordenamentos de níveis da ilha e mostramos que, em adição ao bloqueio de spin usual, existe um outro mecanismo de bloqueio que influi na corrente do sistema, o qual rotulamos como bloqueio orbital por ser devido essencialmente ao confinamento geométrico da estrutura. Calculamos o espectro eletrônico do sistema de muitas partículas de acordo com sua simetria. No caso esférico, usamos primeiramente o esquema de acoplamento LS para obter os auto-estados de uma ilha populada por até 3 elétrons, seguindo as regras de adição dos momentos angulares totais orbital L e de spin S, e consideramos intensidades do campo magnético que nos permitam desprezar sua contribuição diamagnética; a interação elétron-elétron é tratada como uma perturbação à maneira Hartree-Fock. Em seguida, nessa mesma simetria, usamos os métodos matriciais de Roothaan e Pople- Nesbet para lidarmos com ilhas populadas por até 40 elétrons, onde o espectro de adição é calculado e a regra de Hund verificada; mostramos como um campo magnético é capaz de violar essa regra. A vantagem dessa abordagem numérica é que podemos lidar com um número muito maior de partículas; a desvantagem é que nem sempre os estados que essa teoria fornece são autoestados com L e S definidos, como ocorre no acoplamento LS. No caso parabólico, realizamos uma diagonalização numérica para a obtenção dos auto-estados de uma ilha populada por até 2 elétrons, sem restrições quanto à intensidade do campo magnético e nem quanto ao raio do sistema, e levando-se em conta ambos os acoplamentos spin-órbita possíveis, sendo um relativo à ausência implícita de simetria de inversão da estrutura cristalina zincblende (efeito Dresselhaus), e outro relativo à ausência de simetria de inversão estrutural causada pelo confinamento que define o gás de elétrons bidimensional (efeito Rashba); analisamos os campos magnéticos críticos onde esses dois efeitos causam uma mistura intrínseca dos spins na ilha, induzindo anticruzamentos de níveis no espectro Fock-Darwin onde intensos processos spin-flip ocorrrem. Já no caso quasi-unidimensional, apenas reproduzimos um espectro já conhecido para uma ilha populada por até 4 elétrons.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6298.pdf: 2980031 bytes, checksum: d9fadac3020cef27afdab409a8566e9d (MD5) Previous issue date: 2014-05-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this thesis, we have investigated the optical and transport properties of a p-i-n GaAs-AlAs resonant tunneling diode (RTD). The possibility of controlling and significantly varying the density of carriers accumulated at different layers of this structure simply by applying an external bias makes it very useful to investigate various fundamental issues. Furthermore, the process of tunneling that critically depends on the alignment from confined energy levels and the injection of carriers that attain quasi - equilibrium distribution at distinct accumulation layers makes this structure very special for analyzing optical properties in general, and in special, spin-polarization effects when an external magnetic field is applied to the RTD. Particularly, two emission bands were observed for the quantum well (QW) of our structure and were associated to the recombination of electrons and holes that tunnel into the QW and may recombine either as an exciton involving the fundamental states of the QW or a transition involving an acceptor state in the QW. It was also observed that the relative intensity of these emission bands strongly depend on the applied bias voltage. The optical recombination involving acceptors states becomes relatively more efficient as compared to the excitonic recombination for higher densities of electrons in the QW. This effect was discussed considering how the electron carrier density depends on the applied voltage and other effects such the capture rate of holes by the acceptors and electron and hole differences concerning mobility, effective mass and tunneling processes. We have also investigated spin properties of the tunneling carriers in our device by measuring the polarization-resolved electroluminescence from the quantum well (QW) and the contact layers under low temperatures and high magnetic fields, up to 15 T. Under these conditions, we have observed that the QW emission presents a large negative polarization degree which depends on the external applied bias voltage. The VII QW spin polarization shows oscillations and abrupt changes at the electron resonant peak. The results are mainly attributed to the abrupt changes of intensity of the two QW emission lines. Furthermore, the contact-layer emission have also shown voltage dependent emission lines that were attributed to the two-dimensional electron gas formed at the accumulation layer under an applied bias. The contact-layer emission presents a large negative polarization degree which is also voltage dependent. The QW spin polarization degree was discussed considering different effects such as the presence of neutral acceptors in the QW, the voltage control of carrier densities in the device, hole and electron tunneling processes and the spin injection of spin polarized two-dimensional gases formed at the accumulation layers. / Neste trabalho, estudamos as propriedades óticas e de transporte de diodos de tunelamento ressonante de GaAs-AlAs do tipo p-i-n. Observamos duas emissões no poço quântico (QW) que foram associadas a recombinação e eletrons e buracos que tunelam no QW e que podem recombinar com os níveis confinados no QW ou com o nível de impureza aceitadora no QW. Foi observado que a intensidade relativa dessas bandas é bastante sensível a voltage aplicada. Em particular, a emissão ótica relativa a impureza mostrou ser mais eficiente na condição de voltagem que resulta em alta densidade de portadores no QW. Estudamos também efeitos de spin nesses dispositivos na presença de altos campos magnéticos de até 15T. Observamos que polarização de spin de portadores é controlada por voltagem aplicada. Em particular, observamos que a polarização de spin apresenta fortes oscilações e variações abruptas dependendo da voltagem aplicada no dispositivo . Esse efeito foi associado a mudanças importantes de densidade de carga acumulada no QW em função da voltage aplicada. Foi também observado uma emissão fortemente dependente da voltagem na região dos contatos que foi associada a formação de uma gas bidimensional de eletrons (2DEG) com alto grau de polarização circular. A polarização de spin no QW foi associada a presença de impurezas , efeitos de injeção de portadores spin polarizados no QW, variação de densidade de portadores no QW, processos de tunelamento de eletrons e buracos e etc.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1647.pdf: 2679303 bytes, checksum: a7cb3106d393dd6c98cb62d4ab7c19a1 (MD5) Previous issue date: 2007-02-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Photoluminescence spectroscopy has been used to provide important insight on the tunneling dynamics of carriers in double barrier diodes. In this work, we have performed time-resolved photoluminescence measurements in symmetric and asymmetric p-type GaAs/AlAs resonant tunneling diodes in order to study the tunneling dynamics of photocreated minority electrons. We observed several peaks in the current voltage characteristics (I-V) associated to the resonant tunneling of holes through different quantum well heavy- and light-hole sub-bands. Under light excitation, we have observed the developing of additional peaks in the I-V curve. For the asymmetric structure, two peaks were observed and associated to the exciton assisted tunneling and resonant tunneling of photogenerated electrons. We have studied the temporal evolution of the GaAs contact and quantum well (QW) emission versus the applied bias voltage. For the QW, the luminescence comes solely from the recombination between the lowest-energy confined levels in the QW even when the device is biased at higher tunneling resonance peaks. For both structure, the PL decay depends on the applied voltage and presents a bi-exponential decay for some values of bias. The results revealed a markedly long PL decay at the bias voltage associated the exciton assisted tunneling resonance in the current voltage characteristic. For the GaAs emission, we observed a weak dependence of the PL intensity versus voltage and a mono-exponential decay. We analyze our results considering the diffusion and tunneling of minority electrons in the structure / Neste trabalho, realizamos um estudo de fotoluminescência resolvida no tempo em diodos de tunelamento ressonante do tipo p. Em particular, estudamos estruturas p-i-p de GaAs/AlAs com barreiras de largura simétrica e assimétrica. Desta forma, os efeitos observados são predominantemente referentes a dinâmica de tunelamento de elétrons fotocriados na estrutura (portadores minoritários). Realizamos medidas de transporte e fotoluminescência resolvida no tempo do poço quântico e do contato em baixa temperatura e em função da tensão aplicada na estrutura. Para ambos os diodos, observamos uma dependência importante do tempo característico de decaimento da fotoluminescência do poço quântico com a voltagem aplicada. Observamos também um decaimento bi-exponencial para voltagens próximas ao tunelamento de portadores minoritários (elétrons fotogerados). Para emissão do contato GaAs, observamos um decaimento monoexponencial e uma fraca dependência com a voltagem aplicada. Os resultados obtidos foram interpretados a partir da difusão e tunelamento de portadores minoritários na estrutura

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-09-28T14:27:38Z No. of bitstreams: 1 TeseJDST.pdf: 17603696 bytes, checksum: 0c1471176fc4a104094dc30f66528fb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-30T17:07:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJDST.pdf: 17603696 bytes, checksum: 0c1471176fc4a104094dc30f66528fb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-30T17:08:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJDST.pdf: 17603696 bytes, checksum: 0c1471176fc4a104094dc30f66528fb9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-30T17:15:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJDST.pdf: 17603696 bytes, checksum: 0c1471176fc4a104094dc30f66528fb9 (MD5) Previous issue date: 2015-04-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) / Nowadays, several efforts have been made by research groups around the physical properties of the graphene in view of the possible technological applications of their unique structural and electronic properties. The graphene comes as a fort candidate to substitute the inorganic semiconductors. Initially in this work, we made a description of the graphene crystal structure to elucidate its nature. The electronic properties of this material are attractive due to several analogies between the transport phenomena and other phenomena studied by quantum electrodynamic as, for instance, Klein tunneling. From the point of view of the tight-binding approximation, we obtained the dispersion relation and the structure of the energy bands of the graphene, thus outlining its electronic spectrum. Also,we indicated some curious results that demonstrate the atypical nature of this material. The main objective of this study was to analyze the behavior of the charge carriers by the transfer matrix technique to obtain the numerical solution of transmissivity, conductance and tunneling current density in the graphene. The transmissividade was analyzed as function of the incident energy and of the angle of incidence for systems with single and double potential barriers, emphasizing the effect of the variation of the gap of energy. We also verified quantum oscillations due to Fabry -Pérot interference and Klein tunneling - an unique property in the graphene. The insertion of the energy gap generated the gap in the transmissivity curve, as well as resonant peaks that become more sharper with the increment of that gap. From the transmissivity results, we enlarged our understanding of the electronic properties in relation to conductance and current density in the graphene. Such properties are shown quite favorable the production of nanoelectronic devices of high performance.. / Atualmente, vários esforços tem sido empreendido por grupos de pesquisa em torno das propriedades físicas do Grafeno devido as possíveis aplicações tecnológicas de suas peculiares propriedades estruturais e eletrônicas. O Grafeno apresenta-se como um forte candidato a substituir os semicondutores inorgânicos.Inicialmente neste trabalho, foi feita uma descrição da estrutura cristalina do Grafeno, afim de elucidar sua natureza. As propriedades eletrônicas deste material são atraentes devido a várias analogias entre os fenômenos de transporte e outros fenômenos estudados pela eletrodinâmica quântica como, por exemplo, o tunelamento Klein. Sob o ponto de vista da aproximação tightbinding, obtivemos a relação de dispersão e a estrutura das bandas de energia do Grafeno, esboçando assim seu espectro eletrônico. Apontamos ainda alguns resultados curiosos que demonstram a natureza atípica deste material. O objetivo principal deste trabalho foi analisar o comportamento dos portadores de carga por meio da técnica da matriz de transferência para obtenção da solução numérica da transmissividade, condutância e densidade de corrente de tunelamento no Grafeno. A transmissividade foi analisada em função da energia incidente e do ângulo de incidência para sistemas com barreiras de potencial simples e dupla, enfatizando o efeito da variação da gap de energia. O sistema de barreira de potencial dupla apresenta grande diferença em relação ao sistema de barreira simples nas curvas de transmissividade por apresentarem níveis de energia ressonantes adicionais em razão de estados quase-ligados na região do poço. Foram verificados ainda oscilações quânticas devido as interferências Fabry-Pérot e o tunelamento de Klein - uma propriedade única no Grafeno. A inserção de gap na energia causou o surgimento de gap na curva da transmissividade, bem como picos ressonantes que ficam mais agudos com o acréscimo desse gap. A partir dos resultados da transmissividade, ampliamos nossa compreensão das propriedades eletrônicas em relação a condutância e a densidade de corrente noGrafeno. Tais propriedades mostram-se bastante favoráveis a fabricação de dispositivos nanoeletrônicos de alto desempenho.

Orientador: Diógenes Galetti / Banca: Armando Nazareno Faria Aleixo / Banca: Maria Carolina Nemes / Banca: Miguel Alexandre Novak / Banca: Rogério Rosenfeld / Resumo: Utilizamos as abordagens de potencial e massa efetiva e a de espaço de fase quântico para caracterizar propriedades da molécula magnética de Fe8. Na abordagem de potencial e massa efetiva obtemos a altura da barreira do estado fundamental, o hiato de energia devido ao tunelamento, a medida da temperatura de crossover, o campo magnético de pareamento de níveis e o de saturação. Na descrição de espaço de fase quântico, estudamos qualitativamente as correlações entre o par de variáveis envolvidas através das funções de Wigner e Husimi, calculamos o hiato de energia associado ao tunelamento e fornecemos uma medida via funcional de entropia para a correlação entre as variáveis momento angular e ângulo e sua respectiva intepretação / Abstract: We have used an angle-based description and the quantum discrete phase space formalism to characterize Fe8 cluster properties. Through the angle-based approach we have calculated the the ground state barrier height, the energy splitting of the two lowest levels, the crossover temperature, the matching and the saturation magnetic field intensities. With the quantum phase space approach we also have used the energy splitting in order to study the spin tunneling of the lowest energy levels, a qualitative and a quantitative way to show the correlations between the angle and angular momentum variables via the Wigner and Husimi functions / Doutor

Orientador: Antonio Soares de Castro / Banca: Denis Dalmazi / Banca: Manuel Bastos Malheiro de Oliveira / Resumo: O foco deste trabalho é o espectro de inversão da molécula de amônia, resultado do fenômeno do tunelamento quântico. Para isso, usamos um modelo simpli…cado, uni- dimensional, suscetível a uma análise teórica rigorosa usando a mecânica quântica não- relativística. Dentre as diversas funções hamiltonianas já estudadas para este modelo, …zemos uma rápida apreciação dos trabalhos de Cohen, Dennison-Uhlenbeck, Manning, Merzbacher e Rosen-Morse. Para um estudo mais profundo, usamos o potencial do poço duplo …nito que, posteriormente, descobrimos já fora analisado por Peacock-López. Re- …zemos a análise deste potencial usando um caminho diferente do realizado por aquele autor. Analisamos os casos limites para este potencial e notamos que realmente, nesses regimes, ele tende para um poço …nito único ou dois poços …nitos separados. Então, de- senvolvemos um software grá…co centrado no pacote MINUIT, desenvolvido pelo CERN, para analisar e ajustar os parâmetros aos dados experimentais da amônia e, ao …nal, comparamos os resultados obtidos com aqueles encontrados na literatura. No ajuste dos parâmetros à amônia, houve uma melhoria acentuada quando passamos de uma fórmula mais simples da massa reduzida para outra mais so…sticada. No caso especí…co do po- tencial de Peacock-López, a comparação revela que os nossos resultados, de uma maneira geral, são mais precisos. Nossa análise se soma àquelas que contêm uma discussão quan- titativa do potencial de poço duplo. Como parte integrante deste trabalho, uma versão unidimensional simétrica do potencial de Morse foi exatamente resolvida em termos de funções de Kummer e um par de equações transcendentes para as autoenergias. A tentativa de ajustar este resultado à molécula de amônia, porém, mostrou que os padrões de poço duplo deste potencial... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract:The focus of this work is the inversion spectrum of the ammonia molecule, a result of the phenomenon of quantum tunneling. For this, we use a simpli…ed, one-dimensional model, amenable to a rigorous theoretical analysis using the non-relativistic quantum me- chanics. Among the various Hamiltonian functions previously studied for this model, we made a quick appraisal of the work of Cohen, Dennison-Uhlenbeck, Manning, Merzbacher and Rosen-Morse. For a deeper study, we used the …nite double-well potential which, as we later discovered, had been considered by Peacock-López. We redid the analysis of this potential using a di¤erent path made by that author. We analyze the limiting cases for this potential and actually noticed that in these schemes, it tends to one …nite well or two separate …nite wells. So, we developed a graphical software centered on the MINUIT pack- age, developed by CERN, to analyze and adjust the parameters to the experimental data of ammonia and at the end, we compared the results with those found in the literature. In setting the parameters of ammonia, there was a marked improvement when we move from a simpler formula for the reduced mass to a more sophisticated one. In the speci…c case of the potential of Peacock-López, the comparison shows that our results, in general, are more accurate and precise. Our analysis adds to those that contain a quantitative discussion of the double-well potential. As part of this work, a symmetric one-dimensional version of the Morse potential is exactly solved in terms of the Kummer functions and a pair of transcendental equations for the eigenenergies. Attempting to adjust this result to the ammonia molecule, however, showed that the double-well patterns of this potential well are irreconcilable with the energy spectrum of ammonia: Close pairs separated by long intervals / Mestre

Junções túnel com eletrodos ferromagnéticos (Py/AlOx/Co) foram produzidas usando a técnica de desbastamento iônico e depositadas sobre condições de oxidação que garantem baixa altura da barreira de potencial, baixa assimetria da barreira, forte dependência da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada e o tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico. As amostras foram produzidas com o objetivo de corroborar um modelo recentemente publicado e que prevê inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada devido à baixa altura do potencial da barreira. As medidas de magneto-transporte eletrônico (resistência de tunelamento em função do campo magnético aplicado) mostram uma inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada para temperatura constante de 77 K. O sistema (Py/AlOx/Co) é bem conhecido por apresentar magnetorresistência positiva onde a altura da barreira de potencial é geralmente igual ou maior a 2,0 eV (Moodera et al. 1995 e Boeve et al. 2000). Esta inversão não foi anteriormente reportada e se deve preferencialmente à baixa altura do potencial da barreira e à forte dependência com a tensão aplicada. A explicação física para a inversão é baseada no fator de coerência quântica, D(Ex , V), como previsto por Li et al. (2004a,b) e Ren et al. (2005) para a região de tensão intermediária. Ajustes às curvas I-V, medidas a temperatura ambiente, com os modelos de Simmons (1963b,c), Simmons (1964) e Chow (1965) mostram valores menores que os reportados anteriormente para a altura do potencial da barreira (≈ 1,0 eV) e barreiras com baixa assimetria (≈ 0,2 eV). Também, as curvas I-V para temperatura ambiente e baixa temperatura, as curvas I-T para tensão constante e o crescimento exponencial da resistência de tunelamento em função da espessura efetiva da barreira mostram que o tunelamento quântico é um mecanismo de transporte eletrônico. Este resultado sugere a possibilidade de constatar o aparecimento de áreas efetivas de tunelamento e indicando a presença de uma distribuição não uniforme da corrente de tunelamento. O efeito combinado da baixa altura da barreira de potencial, da baixa assimetria da barreira, da forte dependência da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada e do tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico possibilitaram não somente a inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada, mas também o crescimento exponencial da resistência de tunelamento em função da espessura efetiva da barreira. / Tunneling junctions with ferromagnetic electrodes (Py/AlOx/Co) were produced by magnetron sputtering technique and deposited under oxidation conditions that lead to low potential barrier height, low asymmetrical barrier, strong tunneling magnetoresistance dependence with applied bias and quantum tunneling as the charge transport mechanism. The samples were deposited to verify a recently published model which predicts tunneling magnetoresistance inversion with applied bias due to low enough potential barrier height. Electronic transport measurements (tunneling resistance as a function of the applied magnetic field) show inverse (negative) tunneling magnetoresistance with applied bias at 77 K. Tunneling junctions of (Py/AlOx/Co) are well known positive magnetoresistance system where the potential barrier height is usually equal or higher than 2.0 eV (Moodera et al., 1995 e Boeve et al., 2000). This inverted tunneling magnetoresistance behavior has not been reported before and is due mainly to the low potential barrier height and the strong bias dependence The physical explanation for the inversion is based on the quantum coherence factor, D(Ex , V), following the Li et al. (2004ab) and Ren et al. (2005) model for intermediate voltage range. Room temperature I-V curves fitted with both Simmons’ (1963b,c), Simmons’ (1964) and Chow’s (1965) models showed potential barrier height values (≈ 1.0 eV), lower than those previously reported, and low asymmetry of the barrier (≈ 0.2 eV). Also, I-V curves for room and low temperature, I-T curves for constant applied bias and the exponential growth of the tunneling resistance as a function of the effective barrier thickness showed quantum tunneling as the charge transport mechanism. This result suggests the presence of effective tunneling areas or hot spots, leading to a non-uniform current distribution. The combined effect of low potential barrier height, low barrier asymmetry, strong tunneling magnetoresistance dependence with applied bias and quantum tunneling as the charge transport mechanism allowed not only the tunneling magnetoresistance inversion with applied bias but also, the exponential growth of the tunneling resistance as a function of the effective barrier thickness.

Nesta dissertação são explorados efeitos clássicos e semi-clássicos em espaços-tempos quase-extremos. Na classe de geometrias tratadas aqui, uma região estática entre dois horizontes é considerada, de forma que estes horizontes estão muito próximos e as suas gravidades superficiais são muito pequenas. Este limite quase-extremo surge em vários contextos de interesse, envolvendo buracos negros assintoticamente de Sitter, buracos de minhoca e buracos negros em universos com seção espacial compacta. No trabalho desenvolvido, buracos de minhoca ligando duas regiões com horizontes cosmológicos são estudados em detalhes. Uma vez caracterizada, algumas das propriedades clássicas destas estruturas e efeitos semi-clássicos são explorados. O tratamento quântico proposto leva naturalmente a uma caracterização termodinâmica associada aos horizontes atrapantes presentes na geometria. Consideramos especificamente propriedades térmicas associadas a um campo escalar nos espaços-tempos de interesse. Uma revisão do formalismo de Hayward é feito, com a sua adaptação para espaços-tempos importantes. Buracos de minhoca no regime quase-extremo são discutidos em detalhes. / In this dissertation, classical and semi-classical effects in quasi-extreme spacetimes are explored. In the class of geometries treated here, a static region between two horizons is considered, in such a way that these horizons are very close and their surface gravities are very small. This quasi-extreme limit appears in several contexts of interest, such as asymptotically de Sitter black holes, wormholes and black holes in universes with compact spatial section. In the developed work, wormholes connecting two regions bounded by cosmological horizons are studied in detail. Once some of the classical properties of these structures are characterized, semi-classical effects are explored. The proposed quantum treatment naturally leads to a thermodynamic characterization associated to the trapping horizons present in the geometry. We specifically consider thermal properties associated to a scalar field in the spacetimes of interest. A review of Hayward\'s formalism is presented, with a proper adaptation to important space-times. Wormholes in the near extreme regime are discussed in detail.

Neste trabalho investigamos o tunelamento ressonante em estruturas de dupla barreira GaAs/(AlGa)As que foram fabricadas em mesas quadradas de tamanho lateral mesoscópico e macroscópico (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m). Uma camada tipo &#948 com diferentes concentrações de Silício foi incorporada no centro do poço quântico. As características I(V) mostram algumas estruturas em posição de voltagem abaixo do pico de ressonância principal que são atribuídas a estados relacionados a impurezas. Tais estados localizados estão presentes no poço quântico com energias de ligação bem maiores do que um doador de Silício isolado. Estes estados de maior energia de ligação são atribuídos a pares de doadores distribuídos aleatoriamente. Em alguns dispositivos onde estados relacionados a impurezas podem ser identificados isoladamente na característica I(V), um efeito destacável pode ser observado. Um pica na característica I(V) aparece nas mais baixas temperaturas medidas (abaixo de 1K) quando o nível de Fermi no emissor se alinha com o estado localizado relacionado a impureza. Tal pico e atribuído a interação Coulombiana entre o elétron no sitio localizado e os elétrons no gás bidimensional (emissor). / We have investigated resonant tunneling in GaAs/(AlGa)As double barrier structures which have been fabricated into square mesoscopic and macroscopic size mesas (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m) A &#948 layer with different concentrations of Silicon donors was incorporated at the centre of the quantum well. The I(V) characteristics show some features below the threshold for the main resonance that are due to impurity related state. Such localized states are found to be related to the presence of donor impurities in the vicinity of the quantum well with binding energies much higher than the single isolated hydrogen donor. These higher binding energy states are identified as being due to random pairs of shallow donors. In some devices where an isolated impurity related state can be identified in the 1(V characteristics a remarkable effect is observed. A peak appears at low temperatures (below 1K) in the 1(V) characteristics when the emitter Fermi level matches the localized state. Such feature is attributed to the Coulomb interaction between the electron on the localized site and the electrons in the Fermi sea of the 2DEG.

Utilizando o grupo de Renormalização Numérico, técnica criada por Wilson (1975) para o estudo do problema de uma impureza magnética em metal não magnético, foi calculada a densidade espectral no Modelo de Kondo deTunelamento, que consiste em duas impurezas, interagentes, localizadas em posições fixas num metal e separados por uma distância R. Os níveis de energia destas impurezas são degenerados e, portanto, um buraco criado em uma delas, tunela entre os dois níveis de energia de impurezas com uma taxa de tunelamento &#916. A simetria de inversão, presente no problema, possibilita a separação de densidade espectral em duas partes, uma correspondendo à evolução do buraco criado no orbital ligante, chamada densidade espectral par e outra correspondendo à evolução do buraco criado no orbital anti-ligante, chamada densidade espectral ímpar. O comportamento das curvas, em certos limites, obedece a lei de potência proposta por Doniach e Sünji(C com acento agudo) [6], cujos expoentes podem ser encontrados em termos das defasagem da banda de condução. O estudo deste problema já foi feito anteriormente, mas sem explorar uma lei de conservação existente no problema, a conservação da paridade. Este número quântico adicional (paridade) permite uma diagonalização numérica mais eficiente e portanto permite que se explore melhor o espaço de parâmetros do modelo. / Using the Numerical Renormalization Group, a technique created by Wilson (1975), to study the problem of one magnetic impurity in a non-magnetic metal the spectral density in the Kondo Tunneling Model was calculated. This model consists of two interacting impurities located at fixed positions in a metal, separated by a distance R. Since the energy levels of such impurities are degenerate, a hole, which is created in one of them, can tunnel between the two levels at a rate &#916. The inversion symmetry of the problem allows the spectral density to be split in two parts. One of them describes the evolution of the hole created in the bonding orbital the even spectral density, and the other describe the evolution of the hole created in the anti-bonding orbital, the odd spectral density. The behavior of the curves obtained obeys, certain limits being taken, the power law proposed by Doniach and Sunjic whose exponents can be found in terms of the phase shifts of the conduction band. This problem has been studied previously. However, parity conservation was not exploited in such study. This quantum number, taken into account in the present work, allows for more efficient numerical diagonalization and thus a better study of the model\'s parameter space.