Esta tese apresenta um estudo experimental em sistemas eletrônicos multicamadas formados em diversas heteroestruturas semicondutoras de alta qualidade crescidas por epitaxia de feixes moleculares. Especificamente, poços quânticos isolados baseados em InGaAs/InP e super-redes baseadas em GaAs/AlGaAs foram caraterizados por meio de medidas de fotoluminescência (PL) em função da temperatura, potência de excitação e do campo magnético. O estudo de efeitos na dinâmica de processos de recombinação destes sistemas eletrônicos é a base principal deste trabalho. Além disso, exploramos os efeitos da desordem sobre os processos de recombinação e demonstramos que o espalhamento por rugosidade interfacial é responsável pela resposta óptica destes sistemas. Nas amostras de InGaAs/InP com maior largura do espaçador observamos um novo efeito, o tempo de recombinação Auger aumenta notavelmente com a potência de excitação. Atribuímos este novo efeito à distribuição de elétrons fotoexcitados em diferentes vales da banda de condução. E em amostras de menor largura do espaçador, o relaxamento da regra de seleção do momento induzido pela desordem faz que o tempo de recombinação Auger diminua com o aumento da potência. Por outro lado, nas amostras de GaAs/AlGaAs, evidenciamos que a desordem gerada pela rugosidade interfacial afeta consideravelmente o transporte dos elétrons da banda de condução, e em poços quânticos de largura apropriada resulta em uma transição metal-isolante. A borda de mobilidade Ec, energia crítica que separa os estados estendidos dos estados localizados, foi determinada a partir das medidas do tempo de recombinação em função da energia de emissão de PL. Para uma desordem crítica, a Ec mostra uma interseção com a energia do nível de Fermi, a qual corresponde à transição metal-isolante. Além disso, realizamos medidas de PL resolvida no tempo em função do campo magnético. Observamos que a redistribuição espacial de elétrons causada pelo campo magnético afeta os tempos de recombinação. Nas amostras metálicas, os resultados mostraram deslocamento da Ec para altas energias, devido à quantização da energia dos elétrons provocada pelo campo magnético. No entanto, nas amostras isolantes, o campo magnético foi responsável pelo relaxamento significativo da regra de seleção do momento, que aumenta a probabilidade de recombinação dos elétrons localizados com os buracos fotoexcitados da banda de valência e, por consequência, diminui o tempo de recombinação. / This thesis presents an experimental study in multilayer electronic systems formed in several high quality semiconductor heterostructures grown by molecular beam epitaxy. Specifically, GaAs/AlGaAs based superlattices and isolated quantum wells based on InGaAs/InP were characterized by photoluminescence (PL) measurements as a function of temperature, pump power and magnetic field. The study of effects on the dynamics of the recombination processes of these electronic systems is the principal goal of this work. In addition, we explore the effects of the disorder on the recombination processes and show that the interfacial roughness scattering is responsible for the optical response in these systems. In the small spacer InGaAs/InP samples, we observed a new effect, the Auger recombination time becomes larger with the increasing the pump power. We propose that the distribution of photoexcited electrons over different conduction band valleys might account for this effect. In large spacer quantum wells, the non-radiative recombination time is reduced with the increasing pump power, as a consequence the disorder-induced relaxation of the momentum rule. On the other hand, in GaAs/AlGaAs samples, we showed that the disorder generated by interfacial roughness considerably affects transport of the conduction band electrons and at appropriate quantum wells width results in a metal-to-insulator transition. The mobility edge energy Ec was determined from the measurements of the recombination time as a function of energy allowed. At a critical disorder, the mobility edge energy demonstrates intersection with the Fermi level energy which correspond to the metal-insulator transition. In addition, we perform time-resolved PL measurements as a function of the magnetic field. We observed that the spatial distribution of electrons caused by the magnetic field influence on the recombination time. In the metallic samples was observed a shift of the mobility edge to higher energy due to the magnetic field quantization of conduction band electron energy. However, in the insulating samples, the magnetic field was responsible to cause a significant relaxation of the momentum selection rule which enhances the probability of recombination of the localized electrons with the photoexcited holes of the valence band, and consequently the recombination time is reduced.

Utilizando a técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE), crescemos heteroestruturas tensionadas de InxGa1-xAs sobre substratos de GaAs (100). A composição de In, a espessura para a transição 2D-3D e a espessura crítica (hc) foram determinadas através da análise \"in situ\" pelo RHEED. Os valores da hc e da espessura para a transição 2D- 3D foram observadas ser funções da composição do In e da temperatura do substrato. Um estudo do efeito da desorientação do substrato de GaAs (100) de alguns graus sobre as qualidades ópticas (PL) de poços quânticos simples e múltiplos de InxGa1-xAs/GaAs também foi realizado. Microscopia eletrônica por transmissão (TEM) foi utilizada para a verificação da qualidade das interfaces dos poços quânticos de InxGa1-x/GaAs. Algumas estruturas de dupla barreira (AlGaAs/GaAs/InAs/GaAs/AlGaAs) foram crescidas e caracterizadas opticamente (PL) / InxGa1-xAs strained heterostructures were grown on GaAs (100) by Molecular Beam Epitaxy (MBE). Indium concentration (x), 2D-3D growth mode transition thickness and critical thickness (hc) were determined by \"in situ\" RHEED analysis. Hc and 2D-3D growth mode transition thickness values were verified to depend on In concentration and substrate temperature. The dependence of the InxGa1-xAs /GaAs simple and multiple quantum wells (SQW and MQW) PL optical quality on the GaAs (100) substrate misorientation was also studied. The SQW interfaces were investigated by Transmission Eletronic Microscopy (TEM). Some double-barrier structures (AlGaAs/GaAs/InAs/GaAs/AlGaAs was also grown and optically characterized

Esta tese trata da modelagem das características eletrônicas de dispositivos semicondutores baseados em contatos Schottky heterodimensionais, definidos como contatos entre um metal e um sistema de dimensionalidade reduzida. Especificamente, este trabalho concentra-se na situação em que o metal é posto em contato direto com um gás eletrônico bidimensional presente na interface de uma heterojunção empregando dopagem modulada. Dispositivos de interesse são diodos Schottky, bem como estruturas do tipo metal-semicondutor-metal (MSM). Para a característica capacitância-tensão, C-V, é desenvolvido um modelo quasi-bidimensional que apresenta excelente concordância com os resultados experimentais disponíveis. Do ponto de vista da característica corrente-tensão, I-V, é apresentado um modelo unificado, considerando tanto o mecanismo de tunelamento, quanto o de emissão termoiônica. Nossas previsões teóricas, suportadas por alguns indicativos experimentais, sugerem que, para aplicações em fotodetecção, o uso de contatos heterodimensionais, substituindo junções metal-semicondutor convencionais, pode reduzir a corrente de escuro em pelo menos uma ordem de magnitude. / This thesis deals with the modeling of the electronic characteristics of semiconductor devices based on heterodimensional Schottky contacts, defined as contacts between a metal and a reduced dimensionality system. Specifically, this work focus on the situation in which a metal is placed in direct contact with a two dimensional electron gas located at the interface of a modulation doped heterojunction. Devices of interest are Schottky diodes as well as metal-semiconductor-metal (MSM) structures. For the capacitance-voltage characteristics a quasi two-dimensional model is developed, which yields very good agreement with available experimental results. For the current-voltage characteristics a unified model is presented, considering the tunneling as well as the thermionic emission mechanisms. Our theoretical predictions, supported by a few experimental findings, suggest that, for photodetection applications, the use of heterodimensional contacts, replacing conventional metal-semiconductor junctions, can reduce the dark current by at least one order of magnitude.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO-JOSE DILSON.pdf: 2263133 bytes, checksum: bbf5adbba042abf3bd96506b874e8845 (MD5) Previous issue date: 2009-04-02 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The scattering matrix technique is used to calculate the transmissivity of polarized spins through semiconductors heterostructures of asymmetrical double barrier. The movement of electrons is described in the effective mass approach of the Dresselhaus-Rashba.models.The transmissivity and polarization are calculated as a function of electron energy with kk = 0.5 × 106 cm−1, kk = 1 × 106 cm−1, kk = 1.5 × 106 cm−1 e kk = 2 × 106 cm−1 varying the angle φ InAs/GaSb/InAs/GaSb/InAs system. Fixing the parallel moment kk and varying φ = 0◦, 15◦, 30◦, 60◦, 75◦, and 90◦ we observed that the positions of the resonant picks vary faintly with the energy and the transmission curves change more strongly in the areas out of the resonance with the polarization reaching values among 10% − 82% in the resonant levels.For the directions φ = 45◦ and 135◦ the spin mixing produces an efficiency of polarization of 100% and the effects of the Dresselhaus and Rashba spin-orbit interactions are shown quite favorable to the engineered for fabricating of spin filters and spintronics devices. / A técnica da matriz de espalhamento é usada para calcular a transmissividade de spins polarizados, através de heteroestruturas semicondutoras de dupla barreira assimétrica. O movimento de elétrons de condução são descritos na aproximação da massa efetiva dos modelos de Dresselhaus-Rashba. A transmissividade e a polarização são calculadas como função da energia do elétron para kk = 0, 5×106 cm−1, kk = 1×106 cm−1, kk = 1, 5×106 cm−1 e kk = 2×106 cm−1, com vários valores de φ, para um sistema InAs/GaSb/InAs/GaSb/InAs. Fixando o momento paralelo kk e variando φ = 0◦, 15◦, 30◦, 60◦, 75◦, e 90◦ observamos que as posições dos picos ressonantes variam fracamente com a energia e as curvas de transmissão mudam mais fortemente nas regiões fora da ressonância com a polarização atingindo valores entre 10% −→ 82% nos níveis ressonantes. Para as direções φ = 45◦ e 135◦ o spin mixing produz uma eficiência de polarização de 100% e os efeitos das interações spin-órbita de Dresselhaus e Rashba mostram-se bastante favoráveis à engenharia na fabricação de filtrode spin e dispositivos spintrônicos.

Neste trabalho desenvolvemos rotinas computacionais em Python para o cálculo de propriedades dinâmicas (espectros de fotocorrente e absorção) de heteroestruturas semicondutoras baseadas em Dinâmica Quântica. Em uma primeira etapa do desenvolvimento do projeto, a formulação baseada na evolução temporal das soluções da equação de Schrödinger dependente do tempo foi aplicada a sistemas com soluções analíticas conhecidas ou com resultados já reportados na literatura. Devido à excelente concordância entre nossos dados e aqueles já conhecidos, em uma etapa seguinte, foram calculadas as energias de transição observadas em espectros de fotoluminescência para poços quânticos de InGaAs/GaAs, crescidos por MBE, levando-se em conta os efeitos de tensão e segregação de átomos de índio. Na continuidade do projeto, especial atenção foi dada ao desenvolvimento de estratégias para calcular os espectros de absorção e fotocorrente para dispositivos do Estado Sólido. O conjunto de resultados apresentados neste trabalho demonstra que a metodologia desenvolvida é precisa e pode ser utilizada com baixo custo computacional para o modelamento de heteroestruturas semicondutoras mais complexas, que servem de base para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos. / In this work we developed computational routines in Python for the calculation of the dynamic properties (spectrum of photocurrent and absorption) of semiconductor heterostructures based on Quantum Dynamics Theory. In a first stage of the development of the project the formulation based on the time evolution of the solutions of the time dependent Schrödinger equation was applied to systems with known analytical solutions or results already reported in the literature. Due to the excellent agreement between our data and those already known, in the next stage the transition energies observed in photoluminescence spectra for InGaAs/GaAs quantum wells, grown by MBE, were calculated taking into account the effects of stress and segregation of indium atoms. In the continuity of the project, special attention was given to the development of strategies to calculate absorption and photocurrent spectra for solid state devices. The set of results presented in this work demonstrates that the methodology developed is accurate and can be used with low computational cost for the modeling of more complex semiconductor heterostructures, which are used for the development of optoelectronic devices.

Neste trabalho, apresentamos os resultados de estudos com poços quânticos parabólicos (PQW, Parabolic Quantum Well ) de AlGaAs crescidos sobre substratos de GaAs pela técnica de epitaxia por feixe molecular. Medidas de transporte em PQWs do tipo n e do tipo p com larguras de 1000 ºA ate 4000 ºA em baixas temperaturas indicam um aumento abrupto do coeficiente Hall para um campo magnético critico de aproximadamente 3 T. Nosso estudo concentra-se na interpretação deste aumento observado. Com este propósito, estudamos através de cálculos autoconsistentes e de aproximações anal¶³ticas o processo de transferência de cargas em amostras com PQWs. Determinamos as densidades superficiais de cargas ns e ps, e comparamos estes resultados com os obtidos experimentalmente. Verificamos que os melhores resultados para a densidade de cargas (ns) s~ao aqueles determinados pelos cálculos autoconsistentes. No entanto, as aproximações analíticas se mostram importantes para descrever de forma qualitativa os resultados experimentais para amostras do tipo p. Numa segunda parte do nosso trabalho, estudamos a influencia da aplicação de campos magnéticos ao longo da direção de crescimento nas amostras com PQWs. Observamos uma diminuição na largura de densidade de cargas n(z) e do potencial total V (z). Estes resultados em combinação com o processo de transferência de cargas, levam a uma diminuição da densidade de portadores no poço, produto da redistribuição das cargas entre o poço e as camadas com dopagem de silencio. Desta forma, atribuímos o aumento no coeficiente Hall como sendo oriundo de uma diminuição da densidade de cargas dentro do PQW. / We present the results of experiments and calculations done on AlGaAs Parabolic Quantum Wells (PQWs) grown on GaAs by molecular beam epitaxial tecniques. Transport measurements in n-type and p-type samples with widths between 1000 ºA and 4000 ºA at low temperatures indicate an abrupt increase of the Hall coeficient at a critical field B ¼ 3 T. Our study focuses on the interpretation of this observed increase. To this end, we study by means of self-consistent numerical simulations and analytical approximations the charge transfer process in PQWs. We compare our results for the sheet densities with those observed experimentally. The best results are obtained for n-type samples for which we could numerical simulations. However, the analytical expressions we obtained also describe qualitatively the experimental results, and can be applied to p-type samples. In the second part of this work we study the efect of a magnetic feld applied perpendicular to the well. The simulations indicate a diminishing of the charge density and the total potential in the well. These results, combined with the charge transfer process, lead to a redistribution of charge between the well and the dopant layers. Therefore, we interpret the observed increase of the Hall coefcient as the result of a depletion of charge in the parabolic quantum well.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJV.pdf: 3915378 bytes, checksum: f5352fc1801d3994bd3db7390cb8cd4d (MD5) Previous issue date: 2004-10-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / In the context of spin electronics, this doctorate thesis presents an experimental study of spin polarized transport in epitaxial heterostructures as planar magnetic tunnel junctions formed by semiconductors and metallic ferromagnets. It was demonstrated that the epitaxial Fe/ZnSe/Fe structures fabricated by molecular beam epitaxy have the microscopic and macroscopic properties necessary for application in magnetic tunnel junctions. The experimental observation of antiferromagnetic coupling in these structures indicates strongly that samples are free of pinholes for barrier thickness down to 25 Å. Spin polarized transport studies using microjunctions demonstrated that the conductance mechanism is the resonant tunneling via defect states in the barrier, reinforcing the idea anticipated theoreticaly that the transport depends on the magnetic tunnel junction structure as a whole. This result is general since defect states near the Fermi energy are expected for semiconductor and insulanting barriers, pointing out the importance of their roles in the understanding of the spin polarized tunneling phenomena. The study of growth properties associated with magnetic properties made possible the use of MnAs films as current polarizer electrode in magnetic tunnel junctions. Experiments exploiting magnetic phase transition were also realized for these MnAs films. Our first results of spin polarized transport in a Fe/ZnSe/MnAs presented a tunnel magnetoresistance variation of 10 %, indicating that MnAs can transmit spin polarized electrons across a ZnSe barrier. / No contexto da eletrônica de spin, esta tese de doutorado apresenta um estudo experimental em física básica sobre transporte polarizado em spin em heteroestruturas epitaxiais do tipo junções túnel magnéticas planares constituídas por semicondutores e ferromagnetos metálicos. Foi demonstrado que as estruturas epitaxiais Fe/ZnSe/Fe fabricadas possuem as propriedades microscópicas e macroscópicas necessárias à aplicação em junções túnel magnéticas. A observação experimental da presença acoplamento antiferromagnético nestas estruturas indica fortemente que as amostras estão livres de pinholes para espessuras de até 25 Å de barreira. Estudos de transporte polarizado em spin em microjunções demonstraram que este ocorre por tunelamento ressonante via estado de defeito na barreira, reforçando a idéia prevista teoricamente de que o transporte polarizado em spin depende da estrutura da junção túnel magnética como um todo. O resultado tem caráter geral pois estados de defeitos próximos à energia de Fermi são esperados para barreiras semicondutoras e isolantes, destacando sua importância na compreensão do fenômeno de tunelamento polarizado em spin. O estudo das propriedades de crescimento dos filmes de MnAs associado com suas propriedades magnéticas possibilitou a utilização deste material como eletrodo polarizador de correntes em junções túnel magnéticas. Também foram realizados experimentos explorando as transições de fases magnéticas destes filmes. São apresentados nossos primeiros resultados de transporte polarizado em spin em uma estrutura Fe/ZnSe/MnAs. Foi observada uma variação de magnetorresistência túnel de 10 %, indicando que o MnAs é capaz de transmitir elétrons polarizados através de uma barreira de ZnSe.

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1816.pdf: 2942981 bytes, checksum: c07401a4b38696ecd78cf0c96ac0c526 (MD5) Previous issue date: 2008-03-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / Electric and magnetic properties of nanoscopic clusters of iron immersed in Zinc Selenide were studied in this work. The system presents superparamagnetic behavior with a weak thermally activate ferromagnetic interaction. Small tunnel magnetoresistence was observed in room temperature (approximately 1% with fields of 30 kOe) and its behavior was observed as a function of temperature and bias. This work demonstrate that a despite of excellent macroscopic and microscopic properties of Fe/ZnSe/Fe epitaxial heterostructures the experimental observation shows small values of tunnel magnetoristance in room temperature. This results shows that the application of this materials in spintronics devices is limited. / As propriedades elétricas e magnéticas de aglomerados nanoscópicos de Fe imersos em matriz de ZnSe foram investigadas. Foi observado que este sistema apresenta um comportamento superparamagnético com pequena interação ferromagnética termicamente ativada. Também foi observada pequena taxa de magnetorresistência túnel em temperatura ambiente (da ordem de 1% para campos de 30 kOe) e observamos o comportamento desta com a temperatura e tensão. O estudo demonstra que, apesar das estruturas epitaxiais Fe/ZnSe/Fe possuírem propriedades microscópicas e macroscópicas necessárias à aplicação em junções túnel magnéticas, a observação experimental apresenta baixas taxas de TMR em temperatura ambiente, o que desencoraja os materiais para aplicações em dispositivos spintrônicos.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SubeniaM.pdf: 7084944 bytes, checksum: 1be8677e14b90365726bca93148b19d2 (MD5) Previous issue date: 2007-06-11 / The physical properties and the excitations spectrum in oxides and semiconductors materials are presented in this work, whose the first part presents a study on the confinement of optical phonons in artificial systems based on III-V nitrides, grown in periodic and quasiperiodic forms. The second part of this work describes the Ab initio calculations which were carried out to obtain the optoeletronic properties of Calcium Oxide (CaO) and Calcium Carbonate (CaCO3) crystals. For periodic and quasi-periodic superlattices, we present some dynamical properties related to confined optical phonons (bulk and surface), obtained through simple theories, such as the dielectric continuous model, and using techniques such as the transfer-matrix method. The localization character of confined optical phonon modes, the magnitude of the bands in the spectrum and the power laws of these structures are presented as functions of the generation number of sequence. The ab initio calculations have been carried out using the CASTEP software (Cambridge Total Sequential Energy Package), and they were based on ultrasoft-like pseudopotentials and Density Functional Theory (DFT). Two di?erent geometry optimizations have been e?ectuated for CaO crystals and CaCO3 polymorphs, according to LDA (local density approximation) and GGA (generalized gradient approximation) approaches, determining several properties, e. g. lattice parameters, bond length, electrons density, energy band structures, electrons density of states, e?ective masses and optical properties, such as dielectric constant, absorption, re?ectivity, conductivity and refractive index. Those results were employed to investigate the confinement of excitons in spherical Si@CaCO3 and CaCO3@SiO2 quantum dots and in calcium carbonate nanoparticles, and were also employed in investigations of the photoluminescence spectra of CaCO3 crystal / As propriedades f?sicas e o espectro de excita??es em materiais ?xidos e semicondutores s?o apresentados neste trabalho, composto primeiramente por um estudo sobre o confinamento de fonons ?pticos em sistemas artificiais baseados em nitretos III-V, crescidos periodicamente e quasi-periodicamente. A segunda parte deste trabalho descreve c?lculos de primeiros princ?pios realizados para a obten??o de propriedades optoeletr?nicas em cristais de ?xido de C?lcio (CaO) e Carbonato de C?lcio (CaCO3). Para as super- redes peri?dicas e quasi-peri?dicas apresentamos aqui algumas propriedades din?micas relacionadas a fonons ?pticos (de volume e de superf?cie) confinados obtidos atrav?s de teorias simples como o modelo do diel?trico cont?nuo e a utiliza??o de t?cnicas como a aproxima??o da matriz transfer?ncia. O car?ter de localiza??o dos modos de fonons ?pticos confinados, a magnitude das bandas no espectro e a lei de escalas dessas estruturas como fun??o do n?mero de gera??o das sequ?ncias substitucionais s?o apresentadas. Os c?lculos ab initio foram realizados utilizando o software CASTEP (Cambridge Sequential Total Energy Package) baseados nos m?todos de pseudopotenciais tipo ultrasoft e na teoria do funcional de densidade (DFT). Foram efetuadas duas diferentes otimiza?c~oes de geometria para os cristais de CaO e para or tr?s polimorfos do CaCO3, segundo as aproxima??es LDA (aproxima??o de densidade local) e GGA (aproxima??o do gradiente generalizado), determinando prorpiedades como par?metros de rede, tamanho das liga??es entre os ?tomos, densidade de el?trons, estrutura de bandas de energia, densidade de estados eletr?nica, massas efetivas dos portadores el?tron e buraco, al?m de propriedades ?pticas como constante diel?trica, absor??o, reflectividade, condutividade e ?ndice de refra??o do cristal. Estes dados ser?o utilizados na realiza??o de estudos sobre o confinamento de excitons em pontos qu?nticos esf?ricos Si@CaCO3 e CaCO3@SiO2 e nanopart?culas ocas de car- bonato de c?lcio, e na investiga??o do espectro de luminesc?ncia do cristal de CaCO3.