Neste trabalho, propusemos um método autoconsistente de espaço direto para o calculo de estrutura eletrônica. O método se baseia no formalismo LNTO -ASA na representação fortemente ligada (light-binding) e no método de recorrência aliado ao terminador de Beer & Pettifor. Neste método o custo computacional cresce linearmente com o numero de átomos não equivalentes na cela primitiva sendo, portanto, ideal para tratar sistemas complexos que não apresentam periodicidade ou que possuem um grande numero de átomos não equivalentes por cela primitiva. Podemos, por exemplo, estudar de forma autoconsistente a estrutura eletrônica das vizinhanças de uma impureza com um custo computacional apenas cinco ou seis vezes maior que o de um metal puro. O método aqui proposto tem a vantagem adicional de ser fisicamente transparente. Para avaliarmos a eficácia do método, comparamos nossos resultados autoconsistentes obtidos para a liga cristalina ZR IND.2FE com os resultados obtidos pelo processo autoconsistente de espaço reciproco. O material em questão tem uma estrutura cristalina simples com seis átomos por cela primitiva e o calculo de estrutura eletrônica pode ser resolvido por métodos usuais de espaço reciproco. A presença do FE com sua banda d estreita e com uma alta densidade de estados no nível de Fermi tornara o processo de convergência não trivial. / In this work we have proposed a first-principles selfconsistent method which allows us to perform electronic structure calculations in real space. The scheme, based on the LNTO ASA formalism and the Recursion Method, enables us to evaluate the electronic structures of complex systems, with good degree of precision and low computational costs. Using Zr 2 Fe as test case, we compare our real-space results with those obtained in reciprocal space using the standard LMTO - ASA procedure. The agreement is very good showing the efficiency of the real-space approach. We note that the real-space method developed here presents advantages for the evaluation of local properties and can be applied for non-periodic systems. For instance, we can describe the electronic structure in a large region around a substitutional impurity with very little cost. lf we consider five shells around the impurity the cost in real-space will be about seven times the cost of the calculation for a mono atomic system.

Neste trabalho apresentamos um procedimento para o cálculo da contribuição eletrônica para o gradiente de campo elétrico no núcleo (GCE), baseado no método de recorrência e no método de arbitais \"muffin-tin\" linearizados (LMTO) na representação forteme~ te ligada (\"tlght-binding\"). Este esquema é desenvolvido no esp~ ço real e pode ser aplicado em sistemas sem simetria, tais como metais amorfos, onde métodos de espaço-k não podem ser utilizados. A contribuição eletrônica é a dominante em sistemas metálicos e requer para sua avaliação o conhecimento das funções de onda eletrônicas do sistema. O esquema sugerido aqui, possui duas etapas principais: a es colha da Hamiltoniana do sistema, que neste caso foi a LMTO na aproximação de esfera atômica fortemente ligada (LMTO-ASA-TB), e o desenvolvimento dos termos do tensor GCE em uma abordagem de orbl tais fortemente ligados. Para o cálculo deste último, sugerimos a utilização do método de recorrência na obtenção dos elementos diagonais e não diagonais da função de Green, que compõem as expressões dos termos do tensor GGE em cada sitio. Como teste para nosso procedimento de espaço real, calculamos o GCE para o ao longo do eixo Zr hcp com o eixo /1. z do sistema de /1. c do cristal e também ao longo de coordenadas uma direção arbitrária. Os resultados se mostraram independentes da escolha do sistema, mostrando que o procedimento funciona na ausência de simetria. FinaJ.mente, como iLustração, calcuLamos a distribuição de GCE\'s para um agJ.omerado de Zt amorfo construído segundo o mode- Io de empacotamento denso e aleatório de esferas rígidas (DRPHS). / We present here a new method to cal-culate the el-ectronic contrlbution to the electric field gradient (GCE), which is based on the recursion method and in the recently developed tight-binding representation of the LMI0 method. This is a real-space scheme and can be applied to systems which lack symmetry, as amorphous metal.s where R-space methods can not be used. The electronic contribution is dominant Ín metalLÍc systems and requÍres for its evaluation the knowledge of the electronic wave functions of the system. The scheme I¡/e suggest here has two main steps: the choice of the Hamiltonian which in this case was the tight-binding LMT0 i\'n the atomÍc sþhere approxÍmation ( t-Uf O-ASA-TB ) and the deveJ.opment of the GCE tensor\'s components in a tight-binding approach. In the last step we suggest to use the recursion method to caLculate the diagonal and the off-diagonal Greenrs function eLements which build the GCE tensot\'s components in each site. As a test of our real space method we calculate the GCE for hcp zr with the c axis parall-eL to the crystaI\' s z axis and also in an arbitrary direction. The resuLts have shown to be independent of the choice of the system, showing that the procedure works in the abcense ofl symmetry. FinaJ.ly, as an iliustration we cal-cuLate the GCErs distribution for an amorphous Zr cluster buÍ1t in the model of dense random packing of hard spheres (DRPHS).

Apresentamos cálculos de primeiros princípios da geometria atômica, energia de formação e estrutura eletrônica para as impurezas substitucionais de oxigênio e nitrogênio em GaAs (\'O IND. aS1\'\'N IND.As \'e \'N IND. Ga\'). Também estudamos a geometria atômica e estrutura eletrônica dos complexos neutros formados pelas mesmas impurezas substitucionais e átomos de hidrogênio intersticial (\'O IND. As-H\',\'N IND. As-H\',\'N IND. Ga-H\', \'N IND. As-H IND.2\' e \'N IND. Ga-H IND 2\'). Nossos resultados para os centros \'O IND. As\'e \'N IND. Ga\', em diferentes estados de carga, mostram distorções Jahn-Teller as quais induzem estados de carga não estáveis, observando-se um comportamento U-negativo para cada centro. Entretanto para o centro \'N IND. As\' não foram observadas distorções. Em todos os sistemas estudados, as impurezas introduzem níveis profundos no gap. Para os complexos O-H e N-H foram encontradas várias configurações metaestáveis, correspondentes a diferentes posições de equilíbrio do átomo de hidrogênio, as quais apresentam energias entre 0.5 e 2.5 e V relativas à configuração estável. Na configuração estável do complexo \'O IND. As-H\', oxigênio não interage diretamente com hidrogênio, ligando-se a três gálios primeiros vizinhos. Entretanto para os complexos \'N IND. As-H\' e \'N IND. Ga\'-Hg\' é observada a formação de um dímero NH ligado à rede. Para os complexos N-\'H IND. 2\' também são encontradas várias configurações metaestáveis. O complexo\'N IND. As\'-\'H IND. 2\' apresenta uma configuração estável onde um dos hidrogênios forma o dímero NH, enquanto que o segundo fica ligado a um gálio primeiro vizinho, em simetria \'C IND. 3 v\'. Para o complexo \'N IND. Ga\'-\'H IND.2\' é observada a formação de uma molécula do tipo N\'H IND.2\', a qual também se liga à rede. As propriedades passivadora e ativadora do átomo de hidrogênio, como também sua interação com os níveis no gap, são discutidas para cada complexo / We report first-principles calculations of the electronic structure, atomic geometry and formation energy for the isolated oxygen and nitrogen substitutional impurities in GaAs (OA, NA, and Naa)· Also we performed electronic structure and atomic geometry calculations for the neutra! complexes formed by the same substitutional impurities and interstitial hydrogen atoms (O A,-H,NA,-H, Naa-H, Nk,-H2 and Naa-H2). Our results for the O ko and Naa centers for different charge states show Jahn-Telier distortions which induce unstable charge states, implying in a nega tive-U behaviour for each center. The NA-< center remains on-site for ali the charge states studied. Ali the substitutional impurity give rise deep leveis in the gap. For the 0-H and N-H complexes we found severa! metastable configurations related to different hydrogen equilibrium positions, with energies ranging from 0.5 to 2.5 eV relative to the stable configuration. The stable configuration for the O A,-H complex shows a weak interaction between oxygen and hydrogen, while for the NA,-H and Naa-H complexes it shows the formation of a N H dimer which is bonded to the lattice. For the N-H2 complexes we also found severa! metastable configuration. The stable configuration for the Nk,-H2 complex shows one H atom fonning a N H dimer wit.h nitrogen, while the second one bonds with a nearestneighbour Ga atom, in C3, symmetry. For the Naa·H2 complex we observed the formation o f a N H T like molecule ais o bonded to the lattice. The passivation and activation properties related to hydrogen atom and their interaction with the gap leveis are discussed.

Duas são as principais características deste trabalho. A primeira é a introdução de um método para o cálculo da energia livre absoluta no programa de dinâmica molecular clássica Thor. Este método é geral e pode ser usado no vácuo ou em solução,sob quaisquer condições de pressão e/ou temperatura. Trata-se de um caso especial de integração termodinâmica para cálculos de energia livre, e compara um estado termodinâmico com um sistema modelo para o qual a energia livre é conhecidaanaliticamente. O estado modelo é conhecido no início, e após uma integração termodinâmica até o estado real final, a energia livre absoluta é calculada como uma soma desta integração mais a energia livre do estado modelo. A energia livredepende do modelo a partir do qual a função de partição é derivada analiticamente. O modelo definido é o sólido de Einstein. Os átomos deste sólido ideal não interagem entre si (como um gás ideal) e estão ligados harmonicamente às suas posiçõesideais. O acoplamento entre os dois estados é feito. / This work has two main features. First it introduces a method for absolute free energy calculations in the classical molecular dynamics Thor program. This method is general and could be used in vacuum or in solution, under any conditions of pressure and/or temperature. It is a special case of thermodynamic integration for free energy calculations, and compares one thermodynamic state with a model system for which the free energy is analytically known. The initial model state is known and after an integration to a final real state, the absolute free energy is calculated as a sum of that integration plus the free energy of model state. The absolute free energy depends on the model from which the partition function is analytically derived. The model that we have defined is the Einstein solid. The atoms of this ideal system do not interact (like an ideal gas) and are linked harmonically to their ideal position. The coupling between the two states is done directly through the energy. We calibrated and tested this method of free energy calculations on the fentanyl molecule and our results were comparable to those presented by the Discover package for the same molecule. We applied this method to the aminoacid tryptophan, that is a fluorescent probe for the structure of peptides and proteins. The absolute free energy is proposed as the relevant parameter that determines the rotameric conformational states of tryptophan molecule. The second feature is the use of the semi empirical Geomop quantum program. The calculations made with this program gave us the electronic structure and the geometry\'s of Abz (anthranilic acid, an extrinsic probe for the study of peptides) and its compounds with alanine, phenilalanine and proline. The resulting spectra are comparable with those obtained experimentally. Another application of the program is the analysis of the paths of the inter-conversion of the thiocarbazone molecule in two isomeric forms, showing another possibility of use of semi empirical calculations.

Duas são as principais características deste trabalho. A primeira é a introdução de um método para o cálculo da energia livre absoluta no programa de dinâmica molecular clássica Thor. Este método é geral e pode ser usado no vácuo ou em solução,sob quaisquer condições de pressão e/ou temperatura. Trata-se de um caso especial de integração termodinâmica para cálculos de energia livre, e compara um estado termodinâmico com um sistema modelo para o qual a energia livre é conhecidaanaliticamente. O estado modelo é conhecido no início, e após uma integração termodinâmica até o estado real final, a energia livre absoluta é calculada como uma soma desta integração mais a energia livre do estado modelo. A energia livredepende do modelo a partir do qual a função de partição é derivada analiticamente. O modelo definido é o sólido de Einstein. Os átomos deste sólido ideal não interagem entre si (como um gás ideal) e estão ligados harmonicamente às suas posiçõesideais. O acoplamento entre os dois estados é feito. / This work has two main features. First it introduces a method for absolute free energy calculations in the classical molecular dynamics Thor program. This method is general and could be used in vacuum or in solution, under any conditions of pressure and/or temperature. It is a special case of thermodynamic integration for free energy calculations, and compares one thermodynamic state with a model system for which the free energy is analytically known. The initial model state is known and after an integration to a final real state, the absolute free energy is calculated as a sum of that integration plus the free energy of model state. The absolute free energy depends on the model from which the partition function is analytically derived. The model that we have defined is the Einstein solid. The atoms of this ideal system do not interact (like an ideal gas) and are linked harmonically to their ideal position. The coupling between the two states is done directly through the energy. We calibrated and tested this method of free energy calculations on the fentanyl molecule and our results were comparable to those presented by the Discover package for the same molecule. We applied this method to the aminoacid tryptophan, that is a fluorescent probe for the structure of peptides and proteins. The absolute free energy is proposed as the relevant parameter that determines the rotameric conformational states of tryptophan molecule. The second feature is the use of the semi empirical Geomop quantum program. The calculations made with this program gave us the electronic structure and the geometry\'s of Abz (anthranilic acid, an extrinsic probe for the study of peptides) and its compounds with alanine, phenilalanine and proline. The resulting spectra are comparable with those obtained experimentally. Another application of the program is the analysis of the paths of the inter-conversion of the thiocarbazone molecule in two isomeric forms, showing another possibility of use of semi empirical calculations.

Calculamos a estrutura eletrônica do sistema formado por dois poços quânticos assimétricos (Al0.3Ga0.7As/GaAs) com dopagem delta (Si) no centro de cada poço. Resolvemos a equação de Schrödinger usando a teoria do funcional densidade na aproximação de densidade local. Obtemos o potencial efetivo, os níveis de energia, a ocupação das sub-bandas e a densidade eletrônica total em função da temperatura, espessura da barreira de potencial que separa os dois poços, concentração e difusão dos átomos doadores. Verificamos que a estrutura eletrônica e pouco influenciada pela temperatura e difusão dos doadores. Por outro lado, nossos resultados mostram que ela depende de forma significativa da concentração dos doadores. Investigamos também como o sistema e influenciado por uma tensão elétrica aplicada na direção de crescimento. Calculamos os níveis de energia e ocupação das sub-bandas em função da tensão elétrica aplicada. Determinamos então a tensão elétrica necessária para tomar ressonantes os dois primeiros níveis de energia para barreiras de potencial de espessuras 25&#197 e 50&#197. Uma possível aplicação para esse sistema e analisada. Verificamos que ele apresenta efeitos de mobilidade modulada e transcondutância negativa quando as mobilidades nos dois poços são diferentes. Consideramos ainda o caso em que um campo magnético e aplicado perpendicularmente a direção de crescimento. Nossos resultados mostram que a forma da relação de dispersão En( kx), inicialmente parabólica, e bastante modificada pelo campo magnético, surgindo estados ressonantes para kx diferente de zero. Conseqüentemente, a massa efetiva eletrônica nessa direção também e modificada, dependendo agora da energia do elétron. Para campo magnético nulo verificamos que a massa efetiva e diferente em cada sub-banda. / In this work we calculate the electronic structure of a double asymmetric quantum well of Al0.3Ga0.7As/GaAs with a delta doping at the center of the wells. The local density approximation was used in order to obtain the effective potential energy levels, population and the total electronic density as a function of the temperature, barrier thickness, impurity concentration and impurity spread. We have observed that the electronic structure is almost not sensitive to the temperature and the spread of the donors but it depends strongly of the donors concentration. The effect of a gate voltage (Vc) is also studied. The energy levels and the occupation of these levels are calculated as a function of Vc. The resonances of the two first levels are studied for a system with barrier thickness 25&#197 and 50&#197. A possible practical application for this system is analyzed. We observe that mobility modulation and negative transconductance can be achieved when the mobilities of the two wells are different. We have considered the effect of a uniform magnetic field applied perpendicular to the growth direction. The dispersion relation is strongly modified and the effective mass for each subband has been calculated.

GIRÃO, Eduardo Costa. Propriedades eletrônicas e de transporte de nanoestruturas de carbono. 2011. 227 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-28T21:01:13Z No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-29T17:49:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) Previous issue date: 2011 / À medida que o limite de miniaturização da eletrônica baseada no silício aproxima-se do seu limite, alternativas em estado sólido devem ser investigadas na busca da diminuição da escala de tamanho de dispositivos operacionais, ao mesmo tempo em que se deve considerar problemas de crescente interessse como dissipação de calor e ruído associado com a baixa dimensionalidade. Nesta busca, já está claro que nanosistemas semicondutores de carbono são candidatos de primeiro pelotão para comporem os blocos básicos para dispositivos em escala atômica e molecular. Grafeno e nanotubos de carbono são os sistemas mais estudados desta classe de estruturas que se estende por uma vasta coleção de sistemas. Estas nanoestruturas de carbono apresentam uma riqueza de propriedades físicas e químicas que se reflete no enorme número de artigos científicos tendo esses sistemas como foco. Apesar de a ciência das nanoestruturas de carbono ainda ter um longo caminho pela frente antes de alcançar as prateleiras das lojas depois de ter sido transformada em tecnologia, a comunidade científica tem caminhado rapidamente no sentido de entender e controlar tais sistemas de modo a diminuir esta distância. Nesta tese nós realizamos um estudo teórico das propriedades eletrônicas e de transporte de um número de nanoestruturas de carbono, tais como nanosistemas toroidais e nanofitas de carbono de arranjo complexo. Nossos cálculos de estrutura eletrônica são baseados em um modelo tight-binding que inclui um Hamiltoniano de Hubbard para descrever a influência do spin sobre os estados eletrônicos. As propriedades de transporte eletrônico foram calculadas utilizando o formalismo de Landauer e o método de funções de Green para determinar a transmitância quântica em sistemas em nanoescala. Parte destes cálculos foram realizados com pacotes computacionais desenvolvidos especialmente para esta tese. Em particular, nós desenvolvemos uma extensão de um algorítmo eficiente para o cálculo de função de Green em uma infraestrutura computacional em paralelo. Nanotoroides de carbono apresentam estrutura eletrônica específica se comparados aos nanotubos de carbono, já que sua geometria impõe um grau suplementar de confinamento espacial. Como consequência, condições adicionais devem ser impostas à sua geometria para que a estrutura seja metálica. Aqui nos analizamos nanotoroides de carbono a partir de duas perspectivas diferentes: sistemas de dois terminais com um ângulo variável entre os eletrodos e estruturas de múltiplos terminais. Esses sistemas possuem potencial para serem aplicados em nanoeletrônica graças à sua geometria particular que permite que a corrente flua através do sistema por diferentes caminhos eletrônicos. Isso resulta em propriedades de transporte interessantes, as quais são ditadas por efeitos de interferência eletrônica que variam com o ângulo entre os eletrodos e com os detalhes da estrutura atômica da junção nanotoroide-terminal. Nós mostramos que a presença de múltiplos terminais acrescenta novos aspectos ao transporte eletrônico destes toroides já que o número de possibilidades para o fluxo eletrônico cresce rapidamente com o número de eletrodos. Observa-se que a condutância é caracterizada por um conjunto de picos resonantes que são relacionados com caminhos eletrônicos específicos. Estes resultados são racionalizados em termos de uma série de regras para se determinar o caminho para a corrente elétrica como uma função da energia do elétron incidente. Na segunda parte da tese, nós estudamos as propriedades físicas de uma classe de fitas de carbono as quais nós chamamos de fitas sinuosas (ou simplesmente wiggles, em inglês). A estrutura atômica destas wiggles pode ser descrita por um conjunto reduzido de fatores já que elas podem ser construídas utilizando-se fitas de carbono de borda reta como blocos básicos. Nós mostramos que essas wiggles de carbono apresentam um conjunto de propriedades eletrônicas e magnéticas ainda mais amplo quando comparadas com os seus constituintes básicos (fitas de carbono de borda reta). Isso é especialmente devido à formação de domínios nas bordas, resultantes da sucessiva repetição de setores de fitas retas paralelas e obliquas ao longo da direção periódica da wiggle. Nós demonstramos que as wiggles de carbono apresentam múltiplos estados magnéticos que podem ser explorados para se manipular as propriedades físicas desses sistemas. Estes diferentes estados magnéticos resultam em propriedades eletrônicas e de transporte distintas, de modo que a corrente eletrônica pode ser controlada pela escolha de valores específicos da energia do elétron incidente no sistema, assim do spin eletrônico e do estado magnético da wiggle. Essas propriedades tornam as nanowiggles potenciais candidatas para novas aplicações em nanodispositivos. Finalmente, nos esperamos que o trabalho apresentado nesta tese constitua uma importante contribuição para a investigação das propriedades físicas de nanoestruturas de carbono. Nós mostramos que nanotoroides e nanowiggles de carbono apresentam uma série de novas propriedades que podem tornar possível o seu uso em nanoeletrônica. À medida que estudos experimentais em nanomateriais de carbono têm sido desenvolvidos a passos largos, nós projetamos que os resultados apresentados nesta tese se tornarão uma ótima oportunidade para se confrontar teoria e experimento na proposta de novos dispositivos em nanoescala com propriedades eletrônicas e de transporte específicas.

Neste trabalho estudamos o efeito de empacotamento, em diferentes formas condensadas, sobre as propriedades estruturais e eletrônicas de um polímero orgânico conjugado, a polianilina, através de simulações teóricas. A metodologia teórica empregada depende do número de átomos nos sistemas escolhidos, e das propriedades investigadas. Assim, para os filmes com milhares de átomos, utilizamos métodos clássicos para a obtenção das propriedades estruturais. Já para o estudo das propriedades eletrônicas, utilizamos métodos quânticos aplicados a sistemas cristalinos. Para estudar as propriedades estruturais em filmes de polianilina, foi necessário parametrizar um campo de força, e escolhemos o UNIVERSAL1.02 (UFF). Os testes iniciais com o novo campo, UFFn, em sistemas cristalinos de polianilina foram promissores, e pudemos obter simulações de filmes realísticos homogêneos, tanto para sistemas reduzidos como oxidados. A densidade obtida para os sistemas poliméricos representam muito bem o valor experimental, e resultados de raios-X e função de distribuição radial são muito semelhantes aos encontrados na literatura. Através do método ab initio SIESTA, estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas de sistemas moleculares e cristalinos lD e 3D de polianilina, no estado reduzido e oxidado. Verificamos o efeito de oxidação já para os trímeros de anilina. As interações intra e intercadeias dos sistemas cristalinos são refletidas nas suas propriedades eletrônicas e são analisadas através da estrutura de bandas e densidade de carga. Arranjos diferentes no empacotamento dos cristais revelam um efeito significativo nas propriedades de transporte do material. / In this work we study the effect of packing, in different condensed forms, on the structural and electronic properties of a conjugated organic polymer, polyaniline, through theoretical simulations. The theoretical methodology that we used depends on the number of atoms of the chosen systems and also on the investigated properties. In this way, for films with thousands of atoms we used classical methods, in order to investigate structural properties. For the study of the electronic properties, we used quantum methods applied to crystalline systems. For the study of the structural properties of polyaniline films, it was necessary to parameterize a force field, and we chose the UNIVERSAL1.02 (UFF) field. The initial tests with the new field, UFFn, in crystalline films of polyaniline were successful, and we were able to obtain simulations of realistic homogeneous films for both reduced and oxidized systems. The density obtained for polymeric systems represents well the experimental value, and results of X-rays as a function of the radial distribution are very similar to those found in literature. By means of the ab initio SIESTA method, we studied the structural and electronic properties of molecular and lD and 3D crystalline systems of polyaniline, in the reduced and oxidized states. We verified the oxidation effect already for trimers of aniline. The inter-chain and intra-chain interactions of the crystalline systems are reflected in their electronic properties and were analyzed through the band structure and charge density. Different arrangements in the packing of the crystals reveal a significative effect in the transport properties of the material

É crescente o interesse, dentre os diversos tipos de dispositivos fotovoltaicos, nas células solares com corantes (dye-sensitized solar cell, DSCC). Isto é devido não só aos menores custos de produção (química molhada), mas também ao grande número de combinações orgânico/semicondutor que podem ser utilizadas, buscando as propriedades de interesse de cada dispositivo. Em uma DSSC a absorção de luz é realizada pelo material orgânico, que injeta o elétron no semicondutor para sua extração como corrente. A neutralidade da molécula é recuperada através de um eletrólito transportador de carga a partir do outro terminal. Este problema é de difícil investigação experimental, devido ao grande número de variáveis envolvidas, já que qualquer defeito ou mudança na deposição pode alterar o processo de transferência de carga. Da mesma forma, também o estudo teórico apresenta grande dificuldade, sendo necessária a adoção de modelos simplificados para o estudo, buscando um entendimento mais profundo dos processos que ocorrem durante a absorção de luz. Neste trabalho investigamos uma combinação de materiais de alta relevância, ácido retinóico sobre óxido de titânio na fase anatase, a mais importante para nanoestruturas. Realizamos uma investigação detalhada da aplicabilidade de diferentes metodologias ao problema, focalizando as características eletrônicas e óticas, e buscando evidências de transferência de carga. Para tal, analisamos modelos simples (materiais isolados, e outros sistemas diferentes de mesmas características), utilizando métodos vindos de diferentes postulações iniciais, como Hartree-Fock e Funcional da Densidade, e também partindo tanto de implementações ab initio (primeiros princípios) como de formulações semi-empíricas. Por fim, escolhida uma metodologia ideal, estudamos sistemas mais realistas de interfaces orgânico/óxido. Nossos resultados indicam a influência das dimensões nanoscópicas da matriz inorgânica nas propriedades de fotocolheita, assim como a grande importância da ligação covalente, presente na montagem quimissorvida molécula/superfície, que altera as propriedades óticas de ambos os componentes. / There is growing interest, among the many types of photovoltaic devices, in dye-sensitized solar cells (DSSC). The reasons for that are not only the lower costs of production (wet chemistry), but also the large number of organic/semiconductor combinations that can be made, depending on the properties that are interesting for each device. On a DSSC the light absorption occurs in the organic material, from which the electron is transferred to the semiconductor for current generation. The molecule regains its neutrality through an electrolyte that carries charge from the opposing terminal. The experimental investigation of this problem is very difficult, due to the large num- ber of variables involved, as any defect or change on the deposition can affect the charge transfer process. Similarly, the theoretical study is also difficult, making necessary the use of simplified models for the system to gain deeper understanding of the processes of light absorption. In this work we have studied a combination of large relevancy, retinoic acid over titanium oxide, at the anatase phase, the most important for nanostrucutres. We have thoroughly investigated the applicability of several methodologies, focusing at electronic and optical characteristics, and searching for evidences of charge transfer. For this we analyzed sim- ple models (isolated materials, and other systems that share the same characteristics), using methodologies from different starting theories, as Hartree-Fock and Density Functional The- ory, and also applying both ab initio and semi-empirical approaches. Once chosen the best methodology, we studied a more realistic system, true organic/oxide interfaces. Our results show the influence of the nanoscopic dimensions of the inorganic substrate on the properties of the photoharvest, and also the fundamental role played by the covalent bond that exists on the chemisorbed deposition of molecule/surface, that alters the optical properties of both components.

Calculamos a estrutura eletrônica do sistema formado por dois poços quânticos assimétricos (Al0.3Ga0.7As/GaAs) com dopagem delta (Si) no centro de cada poço. Resolvemos a equação de Schrödinger usando a teoria do funcional densidade na aproximação de densidade local. Obtemos o potencial efetivo, os níveis de energia, a ocupação das sub-bandas e a densidade eletrônica total em função da temperatura, espessura da barreira de potencial que separa os dois poços, concentração e difusão dos átomos doadores. Verificamos que a estrutura eletrônica e pouco influenciada pela temperatura e difusão dos doadores. Por outro lado, nossos resultados mostram que ela depende de forma significativa da concentração dos doadores. Investigamos também como o sistema e influenciado por uma tensão elétrica aplicada na direção de crescimento. Calculamos os níveis de energia e ocupação das sub-bandas em função da tensão elétrica aplicada. Determinamos então a tensão elétrica necessária para tomar ressonantes os dois primeiros níveis de energia para barreiras de potencial de espessuras 25&#197 e 50&#197. Uma possível aplicação para esse sistema e analisada. Verificamos que ele apresenta efeitos de mobilidade modulada e transcondutância negativa quando as mobilidades nos dois poços são diferentes. Consideramos ainda o caso em que um campo magnético e aplicado perpendicularmente a direção de crescimento. Nossos resultados mostram que a forma da relação de dispersão En( kx), inicialmente parabólica, e bastante modificada pelo campo magnético, surgindo estados ressonantes para kx diferente de zero. Conseqüentemente, a massa efetiva eletrônica nessa direção também e modificada, dependendo agora da energia do elétron. Para campo magnético nulo verificamos que a massa efetiva e diferente em cada sub-banda. / In this work we calculate the electronic structure of a double asymmetric quantum well of Al0.3Ga0.7As/GaAs with a delta doping at the center of the wells. The local density approximation was used in order to obtain the effective potential energy levels, population and the total electronic density as a function of the temperature, barrier thickness, impurity concentration and impurity spread. We have observed that the electronic structure is almost not sensitive to the temperature and the spread of the donors but it depends strongly of the donors concentration. The effect of a gate voltage (Vc) is also studied. The energy levels and the occupation of these levels are calculated as a function of Vc. The resonances of the two first levels are studied for a system with barrier thickness 25&#197 and 50&#197. A possible practical application for this system is analyzed. We observe that mobility modulation and negative transconductance can be achieved when the mobilities of the two wells are different. We have considered the effect of a uniform magnetic field applied perpendicular to the growth direction. The dispersion relation is strongly modified and the effective mass for each subband has been calculated.