Neste trabalho utilizamos o método k.p na aproximação de função envelope, que é uma ferramenta muito útil para a solução de problemas relacionados a heteroestruturas em geral. Apresentamos a análise de heteroestruturas semicondutoras com confinamento espacial nas três direções de crescimentos {Quantum Dots}, utilizando o Hamiltoniano de Kane (8x8) em sua forma generalizada para descrever os estados do elétrons na banda de condução e na banda valência. Fazendo uso dessa ferramenta foram realizadas simulações de estruturas de banda em sistemas quase zero-dimensionais de InAs em matrizes de GaAs, em vários formatos e dimensões e sob diferentes estados de tensionamento. Um estudo sistemático de como as propriedades geométricas e as dimensões de um dado sistema podem influenciar os estados eletrônicos do mesmo foi também realizado, onde puderam ser confirmadas a presença de estados localizados e a sensibilidade do comportamento dos estados eletrônicos a estas propriedades. Pudemos observar um deslocamento para o vermelho no espectro de fotoluminescência com o aumento das dimensões do sistemas estudados. Foram ainda realizados cálculos de {Quantum Dots} de InN em matriz de GaN, que permitem explorar outras regiões do espectro eletromagnético e observamos o comportamento dos mesmos sob estados de tensionamentos diferentes. Com base nos autoestados do sistema foram calculados espectros de fotoluminescência para as heteroestruturas aqui estudadas, permitindo uma comparação direta com resultados experimentais. Como pode-se verificar o strain exerce importância primordial na determinação dos estados eletrônicos dos sistemas estudados e na presença do hidrostático pode-se verificar mudanças apreciáveis na resposta óptica do material, onde pode ser observado um deslocamento para o azul quando levado em consideração a presença de um hidrostático. / In this work, we use the k.p method in the approximation of the envelope function, that is a very useful tool, to the solution of heterostructure related problems. We present a semiconductor heterostructure analysis with confinement on the three directions (Quantum Dots), using the Kane Hamiltonian (8x8) on its generalized form to describe electron eigenstates on the conduction and valence bands. Using this tool, we have made band structure simulations in quasi zero-dimensional systems of InAs in GaAs matrices, in diverse shapes and dimensions and on different tension states. A systematic study of how the geometrical properties and dimensions of a given system could influence the electronic states was also done. There can be confirmed the presence of localized states and the sensitivity of the electronic states to these properties.We could observe a deviation to the red on the photoluminescence spectrum with the increase of the system dimensions. There were also made calculations on InN dots in a GaN matrix, which allow to explore other electromagnetic spectral regions and we have studied their behavior under different tension states. From the system eigenvalues, we calculated the photoluminescence spectra from the heterostructures studied here, allowing a direct comparison with experimental results. It can be verified that the strain is is extremely important on the determination of the electronic states of the studied systems in the presence of an hydrostatic strain. We could observe important modifications on the optical responseof the material, where there is a deviation to the blue when it is considered the presence of the hydrostatic strain.

Heteroestruturas digitais magnéticas (DMHs) são estruturas semicondutoras em que a distribuição de impurezas magnéticas (Mn) restringe-se a alguns arranjos bidimensionais (monocamadas) regularmente espaçados entre si. Na presença de um campo magnético, a interação de troca sp-d entre os momentos magnéticos localizados e os portadores itinerantes é responsável por um desdobramento de spin gigante, da ordem ou até superior que a separação cíclotron dos níveis de Landau. Aqui eu calculo a estrutura eletrônica de poços quânticos digitais magnéticos do grupo II-VI. Resolvo as equações de Kohn-Sham da teoria do funcional da densidade dependente de spin na aproximação de massa efetiva. Eu então calculo diversas propriedades magnetoópticas e de transporte relevantes experimentalmente. Em particular, eu investigo a física dependente de spin presente nestes sistemas sob dois diferentes pontos de vista. Primeiramente o enfoque é no efeito do magnetismo do Mn sobre o potencial dependente de spin da interação de troca sp-d, em particular nos efeitos da aglomeração antiferromagnética e da diluição do seu perfil de concentração (segregação e interdifusão). Ao considerar estes efeitos eu reproduzo resultados experimentais para desdobramento de spin $Delta_E$ e tempos de espalhamento de spin $tau_$ [S. A. Crooker et al., Phys. Rev. Lett. 75, 505 (1995); Phys. Rev. B 61, 1736 (2000)]. Na segunda parte eu mudo o enfoque para a física de gases de elétrons bidimensionais (2DEGs) altamente polarizados e mostro a importância da forte dependência de spin das contribuições de muitos corpos (troca e correlação) presentes nestes sistemas. Em particular, estes efeitos são relevantes para o surgimento de fases de ferromagnetismo de efeito Hall quântico. Eu calculo o magnetotransporte no regime de efeito Hall quântico para DMHs baseadas em ZnSe e CdTe. Meus resultados reproduzem resultados experimentais [R. Knobel et al., Phys. Rev. B 65, 235327 (2002); J. Jaroszynski et al., Phys. Rev. Lett. 89, 266802 (2002)] para a dependência com o campo magnético, com a temperatura, o aparecimento de picos anômalos e o surgimento de curvas de histerese em várias propriedades físicas. / Digital magnetic heterostructures (DMHs) are semiconductor structures with magnetic impurities (Mn) restricted to some planar arrangements (monolayers) regularly spaced. In the presence of an external magnetic field, the sp-d exchange interaction between the localized magnetic moments and the itinerant carriers is responsible for a giant spin splitting, of the order of, or even greater than, the cyclotron separation between Landau levels. Here I calculate the electronic structure of group II-VI digital magnetic quantum wells. I solve the Kohn-Sham equations of the spin-density functional theory within the effective mass approximation. Then I calculate some magneto-optical and transport properties which are experimentally relevant. In particular, I investigate the spin dependent physics of these systems from two different points of view. First, I focus on effects of the Mn magnetism on the sp-d exchange spin dependent potential, particularly the effect of antiferromagnetic clustering and the effect of dilution (segregation and interdiusion) of the Mn content prole. By considering these effects I reproduce experimental results for the spin splitting $Delta_E$ and spin scattering times $tau_$ [S. A. Crooker et al., Phys. Rev. Lett. 75, 505 (1995); Phys. Rev. B 61, 1736 (2000)]. In the second part I move on to the physics of spin-polarized two-dimensional electron gases (2DEGs), and show the relevance of the strong dependence of the many-body contributions (exchange and correlation) with the spin polarization. In particular, these effects are relevant for the development of quantum Hall ferromagnetic phases. I calculate magneto- transport in the quantum Hall eect regime for DMHs consisting of ZnSe and CdTe. My results reproduce experimental results [R. Knobel et al., Phys. Rev. B 65, 235327 (2002); J. Jaroszynski et al., Phys. Rev. Lett. 89, 266802 (2002)] for the dependence with magnetic eld, temperature, development of anomalous resistivities spikes and hysteretic behaviors in many physical properties.

A termodinâmica computacional é uma ferramenta capaz de fornecer informações básicas sobre soluções e concentração de seus constituintes, em um dado sistema complexo a uma certa temperatura e pressão. Nos últimos anos, a união entre a teoria do funcional da densidade e a termodinâmica computacional tem renovado o estudo dos materiais intermetálicos ordenados, uma vez que os cálculos de estrutura eletrônica de primeiros princípios são hoje capazes de proporcionar resultados extremamente precisos para as energias de formação de compostos estequiométricos. Dentro deste contexto, investigamos os diagramas de fases dos sistemas Fe-Al, Mo- Fe, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al na estrutura cúbica de corpo centrado utilizando o método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves(FP-LAPW) aliado ao Método Variacional de Clusters(CVM) na aproximação do tetraedro irregular. Através do método FP-LAPW determinamos a energia total de configurações cristalinas dos sistemas cúbicos de corpo centrado. Esses valores são utilizados como parâmetros de entrada do CVM para a determinação do potencial termodinâmico do sistema em suas diferentes fases e os correspondentes equilíbrios entre essas fases em função da composição e da temperatura (diagrama de fases). Embora o Fe-Al tenha grande interesse tecnológico, o seu comportamento magnético é bastante complicado. A inclusão de Cr na liga de Fe-Al tem um alto interesse industrial na utilização desta ligas em altas temperaturas, mas o banco de dados referentes as caracteristicas estruturais e eletrônicas são escassos. Neste contexto de aplicações procuramos investigar as características estruturais e eletrônicas buscando correlacionar as informações experimentais com as obtidas via cálculo de estrutura eletrônica e o CVM. / Thermodynamics is a computational tool capable of providing information basics solutions and concentrations of constituents in a given complex system at a given temperature and pressure. In recent years, the union between the density functional theory and computational thermodynamics has renewed study of ordered intermetallic materials, since the electronic structure calculations from first principles are now able to provide extremely accurate results for the energies of formation of stoichiometric compounds. in this context, we investigate the phase diagrams of the systems Fe-Al, Fe- Mo, Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Cr-Al in the body-centered cubic structure using the method Full-Potential Linear Augmented Plane Waves (FP-LAPW) ally the clusters variational method(CVM) in approximation of the tetrahedron irregular. Through the FP-LAPW method determines the total energy of the crystal with configurations body centered cubic systems. These values are used as input parameters of the CVM for the determination of the thermodynamic potential of the system in its different phases and the corresponding equilibrium between these phases as a function of composition and temperature (phase diagram). Although the Fe-Al has a great interest technology, its magnetic behavior is quite complicated. The inclusion of Cr in Fe-Al alloy has a high industrial interest in using this alloy in high temperatures, but the database regarding the structural characteristics and electronics are scarce. In this context we seek to investigate the application structural and electronic characteristics correlate the information seeking experiments with those obtained via the electronic structure calculation and the CVM.

O emprego de polímeros conjugados e blendas como camada ativa de diodos emissores de luz ou células fotovoltaicas é foco de intenso desenvolvimento científico na atualidade. O desempenho eletro-ótico de tais dispositivos é fortemente dependente das características estruturais e eletrônicas dos componentes poliméricos ou moleculares, que são difíceis de serem quantificadas, demandando a integração de resultados experimentais e modelagem teórica. A desordem intrínseca desses materiais também dificulta a modelagem e a simulação, sendo necessário o emprego de diferentes e complementares métodos e técnicas de física computacional. O presente trabalho tem como objetivo o estudo, em nível atomístico, da correlação entre propriedades morfológicas e eletrônicas de filmes poliméricos com alta desordem de: I) poli-para-fenileno-vinileno (PPV); II) poli-3-hexil-tiofeno (P3HT) e sua blenda com fulereno (C60). Empregamos modelagem por Dinâmica Molecular Clássica dos sistemas desordenados em temperatura finita; implementamos para tal adaptações específicas no Campo de Forças Universal, baseadas em cálculos quânticos de primeiros princípios. Para obtermos a estrutura eletrônica de modelos selecionados utilizamos método de Hartree-Fock semiempírico. O sistema de PPV é estudado com respeito à variação das propriedades morfológicas ao longo do processo de deformação uniaxial. Estabelecemos correspondência entre os efeitos do estiramento e o surgimento de anisotropia no espectro de fotoluminescência observado experimentalmente. Para os sistemas de P3HT simulamos diferentes tipos de empacotamento, estudamos as propriedades morfológicas e calculamos os estados eletrônicos relevantes ao transporte de buracos pelo polímero. Vemos como majoritária a ocorrência de estados com comprimento conjugado de quatro e cinco meros; além disso, com a desordem estrutural os níveis eletrônicos localizados passam a exibir grande proximidade em energia, com pouca relação ao comprimento de conjugação. Isso resulta no surgimento de uma Densidade de Estados gaussiana com largura de aproximadamente 100meV que se mostra independente das diferenças morfológicas entre os modelos simulados. / The use of organic conjugated polymers and blends as active layers of light emitting diodes and photovoltaic cells has been the focus of intense scientific development in recent years. The electro-optical performance of such devices depends strongly on the structural and electronic properties of the polymeric or molecular components, and is of difficult characterization, demanding integration of experimental results and theoretical modeling. A complicating factor to the theoretical modeling is the intrinsic disorder in these materials, which demands the use of different and complementary techniques and methods of computational physics. The goal of the present work is to study at the atomistic level the correlation between morphological and electronic properties of highly disordered films of: I) poly-para-phenylene-vinylene (PPV); II) poly-3-hexyl-thiophene (P3HT) and blends with fullerenes (C60). We applied Classical Molecular Dynamics to model the disordered systems at finite temperature employing the well-known Universal Force Field, to which we implemented specific corrections based on first-principles quantum calculations. For selected models we calculated the electronic structure through semiempirical Hartree-Fock. The PPV system was studied focusing on the effect of uniaxial stretching on morphological properties. We have established a connection between morphology effects and the anisotropy of light emission detected experimentally. For P3HT systems we simulated different packing systems and studied morphological properties, and the electronic structure of the localized states relevant to hole transport in the polymer film. We found higher occurrence of 4- and 5-mer long conjugated electronic states. Moreover, the structural disorder affects the electronic levels, reducing the energy separation of conjugated segments of different lengths. This makes possible the occurrence of a gaussian Density of States of approximately 100meV width, regardless of the different morphological signatures of the different simulated models.

A detecção nos meios interestelar e circunstelar de espécies diatômicas contendo silício como SiC, SiN, SiO e SiS, assim como espécies contendo fósforo, sugere que a molécula SiP seja também uma forte candidata a ser observada nesses meios devido à abundância relativa de seus átomos componentes. A importância tecnológica do silício é também motivadora para a caracterização estrutural e espectroscópica de seus derivados. Neste particular, complementando estudos anteriores de espécies contendo átomos de silício em nosso grupo, este trabalho está voltado para uma descrição teórica detalhada de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos dupletos e quartetos da espécie SiP que se correlacionam com os quatro primeiros canais de dissociação. Essa descrição compreende a construção de curvas de energia potencial, da função momento de dipolo e da função momento de transição. Os estados ligados são também caracterizados por suas constantes espectroscópicas e as possíveis transições vibrônicas expressas em termos de probabilidades de transições radiativas calculadas pelo coeficiente Av\'v\" de Einstein; tempos de vida radiativa complementam esses cálculos. Na descrição dos estados eletrônicos e de suas propriedades usamos a metodologia interação de configurações com referências múltiplas, onde a função de onda foi gerada como excitações simples e duplas a partir de um conjunto de funções de configurações de referência determinado por um cálculo prévio do tipo campo auto-consistente multi-configuracional com espaço ativo completo. Funções atômicas do tipo aug-cc-pVQZ foram usadas na construção dos orbitais moleculares. Dentre todos os estados caracterizados, destacamos a descoberta de um estado 2π abaixo do estado anteriormente rotulado de B 2Σ+, o que nos levou a uma nova renomeação da ordem energética. Esse novo estado oferece uma possibilidade realista de se acessar estados vibracionais mais altos dos estado X 2π e A 2Σ+ e com isso obter uma descrição experimental melhorada desses dois estados. Além do conjunto de estados dupletos possíveis descritos, salientamos também as possibilidades aqui apontadas e quantificadas de se detectar experimentalmente transições eletrônicas entre os estados quartetos. No seu todo a descrição detalhada e rigorosa de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos fornece um conjunto de dados energéticos e espectroscópicos que certamente contribuirá para um melhor entendimento de sistemas diatômicos contendo silício e fósforo. / The detection in interstellar and circumstellar spaces of diatomic species containing silicon like SiC, SiN, SiO, and SiS, as well as species containing phosphorous suggests that the molecule SiP be also a strong candidate is observed in these regions due to the relative abundance of its constituting atoms. The technological importance of silicon is also a motivation for the structural and spectroscopic characterization of its derivatives. In this particular, complementing previous studies in our group of species containing silicon atoms, this work is focused on a detailed description of about two dozen doublet and quartet electronic states of the SiP species correlating with the first four dissociation channels. This description comprises the construction of potential energy curves, and dipole and transition moment functions. The bound states are also characterized by their spectroscopic constants and the possible vibronic transitions expressed in terms of the radiative transition probabilities calculated as Einstein Av\'v\'\' coefficients; radiative lifetimes also complement these calculations. In the description of the electronic states and of their properties we used the multi-reference configuration interaction method, with the wavefunction generated as all single and doubles excitations from a set of reference configuration state functions determined from a previous complete active space multiconfigurational selfconsistent field calculation. Atomic functions of the type aug-cc-pVQZ were used in the construction of the molecular orbitais. Of all the electronic states c haracterized, we call the attention to the discovery of a 2π state below a state previously know as B 2Σ+, a fact that led us to a new labelling of the energetic order. This new state offers a realistic possibility of accessing higher vibrational states of the states X 2π and A 2Σ+, thus providing the possibility of obtaining an improved experimental description of these two states. Besides the set of possible states described, we also note the possibilities here pointed out and quantitatively characterized of experimentally detecting electronic transitions between quartet states. On the whole, the detailed and rigorous description of about two dozen electronic states provides a set of energetic and spectroscopic data that certainly will contribute to a better understanding of diatomic systems containing sillicon and phosphorus.

Os resultados apresentados neste trabalho estão sistematizados em três partes. Em uma primeira etapa, efetuamos um estudo sistemático do comportamento da estrutura eletrônica em super-redes de deltas em função do período da super-rede e em função da concentração planar de dopantes. Uma nova abordagem, que se baseia no método celular e na solução autoconsistente das equações de Schroedinger e de Poisson, foi desenvolvida e aplicada para super-redes com dopagem planar tipo n em GaAs e em silício. Em ambos os casos, foi observada a transição de um comportamento eletrônico de caráter bi- para tridimensional conforme o período da super- rede diminui. No caso de super-redes de deltas de Si em GaAs foi empreendido o cálculo da energia de corte nos espectros de fotoluminescência de excitação. Uma boa concordância com as medidas experimentais foi obtida. O estudo da estrutura eletrônica para o caso de super-rede de deltas de Sb em Si foi pioneiro. Isto tornou os resultados de nossa investigação teórica de importância fundamental para experimentais e teóricos atuando na 6rea. A concordância entre nossas previsões teóricas e dados experimentais da literatura demonstram a consistência e o poder da abordagem desenvolvida. Em uma segunda etapa, foi efetuado o estudo da distribuição espacial do campo elétrico interno em heteroestruturas contendo camadas tipo \"bulk\", compostas por GaAs e (A1Ga)As. Uma nova abordagem foi desenvolvida para a execuqi3o de cálculos dos perfis de potencial eletrostático e de campo elétrico, sem assumir a ionização total dos dopantes e a não-degenerescência do material. Nosso método transforma a equação de Poisson em uma equação integral que deve ser resolvida autoconsistentemente. Os exemplos numéricos demonstram a aplicabilidade de nossa abordagem a sistemas reais. Perfis do campo elétrico calculados são usados para interpretar os espectros de fotorefletância. Em uma terceira etapa, a teoria geral da fotorefletância de heteroestruturas semicondutoras foi desenvolvida neste trabalho para tornar a interpretação de espectros de fotorefletância precisa e de aplicação eficiente. Um novo metodo de cdculo do coeficiente de reflexgo na presenga de inomogeneidade espacial da funggo dieletrica no interior de cada camada fmeceu um novo patamar de cornpreens20 dos espectros de fotorefletiincia. Este metodo e baseado na construgiio de uma matriz de transferhcia que iraclui as inomogeneidades no interior da camada de um mod0 integral. Portanto, para descrever uma camada de heteroestrutura e preciso ter apenas uma ma& de transferencia. 0s resultados de simulag6es numericas de espectros da fotoreflethcia estilo em uma concordhcia bastante boa com aqueles obtidos atravb de medidas opticas. A eficiencia de nosso metodo o torna aplicavel a simulag6es tip0 \"on-line\". 0s resultados dos metodos anteriores sgo reproduzidos como casos limites de nossa abordagem geral. / The results presented in this work can be displayed along the following three lines. In the first we performed a systematical study of the electronic structure behavior in delta superlattices as a function of superlattice period and sheet doping concentration. A new approach, based on the cellular method and on the selfconsistent solution of Schroedinger and Poisson equations, was developed and applied to superlattices with n-type delta doping in GaAs and silicon. In both cases, a transition from bi- to three- dimensional electronic behavior with the decrease of superlattice period was observed. For Si delta-doping superlattices in GaAs we performed calculations of the energy threshold in the photoluminescence excitation spectra. A good agreement with experimentally measured values was observed. Our investigation of the electronic structure of Sb delta-doping superlattices in Si was a pioneer theoretical study. Due to thls fact, the results of our work are of great importance for experimentalists and theoreticians acting in this area. The agreement between our theoretical predictions and the available experimental data demonstrates the consistency and the power of the developed approach. Along the second line we studied electric field spatial distribution inside of heterosinctures containing bulk layers of GaAs and (A1Ga)As. A new approach was developed to calculate the electrostatic potential and electric field profiles, providing the possibility to take .into account the incomplete ionization of impurities and the degeneracy of the materials. Our method transforms the Poisson equation into an integral equation, which must be solved selfconsistently. Numerical examples show the way to apply our approach to real systems. Internal electric field proiiles, calculated by means of our method are used to interpret photoreflectance spectra. In the third line, a general theory of photoreflectance for semiconductor heterostructures was developed in this work to make the interpretation of fotoreflectance spectra more precise and straightfornard. A new method to calculate the reflection coefficient in the presence of weak spatial inhomogenities of the dielectrical function inside each layer, provided us with a new degree of comprehension of the photoreflectance spectra. This method is based on the construction of a transfer matrix which includes the inhomogenities inside the layer in an integral way. This explains why we need only one matrix to describe one layer of the heterostructure. Results of our numerical simulations are in very good agreement with data of optical measurements. The efficiency of our method makes it suitable for on-line simulations. The results of previous methods emerge from our general approach as limit cases.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nilton Ferreira Frazao.pdf: 1298809 bytes, checksum: 5aca0b703a735a7fb605b7bdee658bdd (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Recently, the existence of nanoribbon of Boron Nitride with finite size was discovered experimentally, in porous nanoesferas of BN (100-400 nm of diameter), synthesized for the reaction of B2O3 with carbon spheres contend nanoporos filled for Nitrogen to a temperature of 17500C. However a theoretical inquiry of the properties of this nanometerial did not exist. Then, in this present work, we carry through simulation of molecular mechanics using field of universal force (forcefild) to optimize the structure of some of these nanoribbon of Boron Nitride, with objective to find a conformation more steady, that is, of lesser energy for these nanostructures. Later, we investigate the electronic properties of these nanoribbon of Boron Nitride (NRBN) in the finite form (not-periodic) of two types: nanoribbon of Boron Nitride of the type to armchair (a-NRBN) and nanoribbon of Boron Nitride of the type zigzag (z-NRBN). The study of these properties they had been carried through of calculations of first principles based in the Density Functional Theory, with the local density approximation (LDA). Through our calculations, we observe that all the nanoribbon are metallic when we made the analysis of the density of states (DOS). Result not waited, but surprising, therefore of literature we know that material nanostructuralized of Boron Nitride they are always semiconductors. However, our calculations had shown that as much a-NRBN as z-NRBN had presented a conducting electronic character. The simulations had been carried through for many cases of nanoribbon of width (L) and length (C), forming a pair of indices (L, C), with the objective to facilitate the identification of these nanostructures. However we will present the results of but twelve of these, being: (1,3), (1,6), (1,9), (2,3), (2,6) e (2,9) in such a way of the types a-NRBN and z-NRBN. / Recentemente, foi descoberto experimentalmente a existência de Nanofitas de Nitreto de Boro (BN) de tamanho finito, em nanoesferas porosas de BN (100-400 nm de diâmetro), sintetizada pela reação de B2O3 com esferas de carbono contendo nanoporos preenchidos por Nitrogênio a uma temperatura de 17500C. No entanto não existia uma investigação teórica das propriedades desses nanocompósitos. Então, neste presente trabalho, realizamos simulações de mecânica molecular usando campo de força universal (forcefild) para otimizar a estrutura de algumas destas nanofitas de Nitreto de Boro, com objetivo de encontrar uma conformação mais estável, ou seja, de menor energia para essas nanoestruturas. Depois, investigamos as propriedades eletrônicas dessas nanofitas de Nitreto de Boro (NRBN) na forma finita (não-periódica) de dois tipos: nanofitas de Nitreto de Boro do tipo armchair (a-NRBN) e nanofitas de Nitreto de Boro do tipo zigzag (z-NRBN). O estudo destas propriedades foram realizados através de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade, com a aproximação da densidade local (LDA). Através de nossos cálculos, observamos que todas as nanofitas são metálicas quando fizemos a análise da densidade de estados eletrônicos (DOS). Resultado não esperado, mas surpreendente, pois da literatura sabemos que materiais nanoestruturados de Nitreto de Boro são sempre semicondutores. No entanto, nossos cálculos mostraram que tanto as a- NRBN como as z-NRBN apresentaram um caráter eletrônico condutor. As simulações foram realizadas para muitos casos de nanofitas de largura (L) e comprimento (C), formando um par de índices (L, C), com o objetivo de facilitar a identificação dessas nanoestruturas. No entanto apresentaremos os resultados de apenas doze dessas, sendo: (1,3), (1,6), (1,9), (2,3), (2,6) e (2,9) tanto dos tipos a-NRBN e z-NRBN.

Neste trabalho realizamos um estudo do comportamento do momento magnético e do deslocamento isomérico de uma impureza intersticial de Fe em hospedeiros metálicos de valências 4 (Ti, Zr), 3 (Sc, Y). Investigamos também impurezas intersticiais e substitucionais de Mo e Fe em hospedeiros divalentes. Para realizar este estudo fizemos cálculos de estrutura eletrônica utilizando o RS-LMTO-ASA (\"Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Spherical Approximation\"), um método de primeiros princípios dentro da aproximação do funcional densidade local, implementado no espaço real. Calculamos o momento magnético no sítio da impureza nos sistemas acima e constatamos que a impureza intersticial de Fe é não magnética nos hospedeiros de valências 4 e 3, e que tanto as impurezas intersticiais como as substitucionais podem apresentar momento magnético nos hospedeiros divalentes. Mostramos que para os sistemas divalentes o momento magnético depende fortemente da relaxação. Os nossos resultados são explicados através de um modelo simples, baseado no modelo de Wolff. Investigamos também o comportamento do deslocamento isomérico no sítio da impureza de Fe nesses vários sistemas. Constatamos que os nossos resultados concordam razoavelmente bem com os dados experimentais e explicam o comportamento das tendências observadas. / In the present work, we have studied the magnetic moments and the behavior of the isomer shift at the interstitial Fe impurity site in Ti, Sc, Zr and Y hosts. We have also investigated interstitial and substitutional Fe and Mo impurities in Ca, Sr and Yb hosts. To perform the calculations, we have used the RS-LMTO-ASA scheme, a first principles method, within the local spin density approximation, implemented in real space. We calculated the magnetic moments at the impurity site in the above systems and all the substitucional impurities are found to be magnetic. The results show that interstitial Fe is non-magnetic in the tri- and tetravalent hosts, but interstitial Fe and Mo impurities could develop local magnetic moment in divalent hosts. \'We show that the magnetic moment at the impurity site in these divalent hosts is strongly dependent on lattice relaxation. The results can be explained using simple arguments based on Wolff model. We have investigated in a systematic way the behavior of the isomer shift of Fe impurities in these systems. We observed that our results are in generally good agreement with experiment and lead to better understanding of the observed trends in terms of the volume occupied by the Fe in each host.

Orientador: José Antônio Brum / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:58:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_UdsonCabral_D.pdf: 12052104 bytes, checksum: 67d2d70413e86cd914ef0145b639ff5b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nesta tese, investigamos teoricamente as propriedades eletrônicas e ópticas de poços quânticos e pontos quânticos de semicondutores magnéticos diluídos. Este estudo é fortemente motivado por muitos resultados experimentais sobre as propriedades ópticas desse materiais. Usando a teoria do funcional da densidade dependente de spin descrevemos os estados eletrônicos como função do campo magnético externo para poços quânticos que possuem barreiras dopadas com impurezas magnéticas. Nosso modelo leva em conta os efeitos de muitos-corpos do gás de buracos e as interações entre portadores e os íons magnéticos. Comparamos nossos resultados com os dados experimentais disponíveis, que apresentam forte oscilações da luz polarizada circularmente como função do campo magnético. Nossos resultados apresentam excelente concordância qualitativa e quantitativa com os resultados experimentais. Mostramos que os efeitos de troca do gás de buraco são responsáveis pela forte oscilação observada na fotoluminescência. Também realizamos uma investigação sistemática dos parâmetros da heteroestrutura afim de aumentar a interação de troca entre portadores e íons de Mn. Com o nosso modelo entedemos os diferentes regimes de relaxação de spin do elétron em poços quânticos com barreiras dopadas com impurezas magnéticas. Nós também investigamos as propriedades eletrônicas e ópticas de pontos quânticos carregados dopados com uma única impureza magnética em seu centro. Usando métodos de diagonalização exata mostramos que os elétrons que não estão diretamente acoplados com o íon de Mn acoplam-se via uma interação indireta que é mediada pela interação elétron-elétron. Este acoplamento indireto entre elétrons e Mn pode ser tanto ferromagnético quanto antiferromagnético dependendo de ambos confinamento e número de camadas eletrônicas confinadas no ponto quântico. Demonstramos que este acoplamento indireto é um efeito importante mesmo quanto o íon de Mn não esta no centro do ponto quântico. O acoplamento indireto existe independentemente do tipo de interação direta entre portadores e a impureza magnética. Também extendemos a teoria de fotoluminescência para essa heteroestrutura. Observamos que a interação indireta entre portadores e íon magnético gera uma estrutura fina em ambos os estados iniciais e finais da emissão, o que nos permite determinar o número de camadas confinadas no ponto quântico e o spin eletrônico. Com esse método de diagonalização exata, explicamos a origem da estrutura fina do biexciton confinado em um ponto quântico dopado com uma única impureza magnética / Abstract: In this thesis, we theoretically investigate the electronic and optical properties of diluted magnetic semiconductors quantum wells and quantum dots. This is strongly motivated by many experimental results on the optical properties of these materials. Using spin-density functional theory we described the electronic states as a function of the external magnetic field for quantum wells which have barriers doped with magnetic impurities. Our model takes into account the many-body effects of the two-dimensional hole gas and the interaction between carriers and the magnetic ions. We compare our findings with the available experimental data, which shows strong oscillations in the circularly polarized light as a function of the magnetic field. Our results show excellent qualitative and quantitative agreement with the experimental data. We show that the hole gas exchange effects are responsible for the strong oscillations observed in the photoluminescence. We perform a systematic investigation of the heterostructure parameters in order to enhance the carriers-Mn exchange interaction. With our model we understand the different regime of the electron¿s spin relaxation in quantum wells with barriers doped with Mn impurities. We also investigate the electronic and optical properties of charged quantum dots doped with a single magnetic impurity in its center. Using an exact diagonalization method we show that the electrons that are not directly coupled with Mn do so via an indirect coupling mediated by electron-electron interaction. This indirect electron-Mn coupling can be either ferromagnetic or antiferromagnetic depending on both quantum dot confinement and the number of electronic confined shells. We also demonstrate that the indirect electron-Mn coupling is an important effect even when Mn is off-center. This coupling exists independently of the type of the direct interaction between carriers and Mn impurity. We also extend the theory of photoluminescence for charged quantum dots containing a single magnetic impurity. We show that the indirect interaction between carriers and magnetic ion generates a fine structure in both initial and final states of the emission, which allows us to determinate the number of confined shells in the quantum dots and the electronic spins. Whit this exact diagonalizationmethod, we explain the origin of the fine structure of a biexciton confined in quantum dot containing a single Mn impurity / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

The structural, electronic, energetic and optical properties of the compound Li2B4O7 containing the substitutional defects Cu or Ag were investigated by means of calculations of first principles at the Density Functional Theory level using the LAPW method implemented in the computer code Wien2k. The isolated Cu and Ag defects are considered in four charge states (q = -1, 0, +1, +2) with objective to simulate situations of the capture of an electron or a hole. In all cases, the atomic positions are computationally relaxed, Cu – O and Ag – O chemical bonds nature carefully analyzed and local structure around the defects determined. It is found that the defects vastly perturbs its neighborhood and the Cu and Ag themselves exhibit significant off-site dislocation from initial Li position in their Cu1+ and Ag1+ charge states, which becomes especially more pronounced for the Cu0 and Ag0 defects. Only the Cu2+ and Ag2+ centers stabilize at the substitutional Li site. Resulting defect formation energies demonstrate that the Cu1+, Cu0, Ag1+, and Ag0 centers are the most stable ones. Electronic structure calculations reveal that the Cu and Ag ions introduce their d- and s-states within the gap and their energies and occupation depend strongly on the charge state of the defect. Experimental optical absorption spectra are well reproduced by the Cu1+ and Ag1+ defects spectra, leading to the conclusion that in the as-grown material just Cu1+ and Ag1+ centers are formed. In the case of irradiated compound, present study predicts formation of the interstitial Cu0 defects, whose presence should significantly change the optical absorption and emission of the material, as well as demonstrates the presence of new absorption peaks associated with the interstitial Ag0 and substitutional Ag2+ centers, which reasonably describe the experimental spectrum. / As propriedades estruturais, eletrônicas, energéticas e ópticas do composto Li2B4O7 contendo os defeitos substitucionais Cu ou Ag foram investigadas por meio de cálculos de primeiros princípios ao nível da Teoria do Funcional da Densidade, utilizando-se o método LAPW implementado no código computacional Wien2k. Os efeitos de troca-correlação foram considerados usando-se o potencial modificado de Becke-Johnson (mBJ) e a aproximação do gradiente generalizado (GGA) na parametrização PBEsol. As células contendo os defeitos (Cu ou Ag) foram estudadas em quatro estados de carga diferentes (q = -1, 0, +1, +2) com o objetivo de simular situações de captura de elétrons ou de buracos. Em todos os casos, as posições atômicas foram relaxadas, a natureza das ligações Cu – O e Ag – O cuidadosamente analisada e as estruturas locais em torno dos defeitos determinadas. Verificou-se que os defeitos perturbam amplamente suas vizinhanças e que os centros Cu1+ e Ag1+ exibem um deslocamento significativo a partir da posição inicial do Li, que se torna ainda mais acentuado para os centros Cu0 e Ag0. Apenas os defeitos Cu2+ e Ag2+ se estabilizam no sítio substitucional do Li. Os resultados das energias de formação dos defeitos demonstraram que os centros Cu1+, Cu0, Ag1+ e Ag0 são os mais estáveis. Cálculos de estrutura eletrônica revelaram que as impurezas introduzem os estados d e s dentro do gap, cujas energias e ocupações dependem fortemente do estado de carga do defeito. Os espectros ópticos experimentais foram bem reproduzidos pelos espectros dos centros Cu1+ e Ag1+ calculados, levando-se à conclusão de que somente estes centros são formados no material não irradiado. Durante a irradiação do composto, o presente estudo prevê a formação dos centros intersticiais Cu0, fato que deve alterar significativamente a absorção e emissão óptica do material, bem como demonstra a presença de novos picos de absorção associados aos centros intersticiais Ag0 e substitucionais Ag2+, os quais descrevem razoavelmente bem o espectro experimental. / São Cristóvão, SE