Orientador: Rogerio Cezar de Cerqueira Leite / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-16T20:57:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FreitasJunior_JaimedeAndrade_M.pdf: 2308748 bytes, checksum: 606e816a387f01b454ff6ff89d022ef8 (MD5) Previous issue date: 1974 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Gerald Weber, Luiz E. Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T01:45:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlcaldeMilla_AugustoMiguel_D.pdf: 3979216 bytes, checksum: 9a6b495e648cdb87d7a6e81c9a83b356 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A interação entre elétrons e fônons é um importante ingrediente para qualquer discussão realista das propriedades ópticas em sistemas de dimensão reduzida. É também relevante para determinar a dinâmica de portadores em dispositivos semicondutores e para o estudo das transições radiativas em dispositivos fotônicos. Adicionalmente, existe muito interesse nos possíveis mecanismos de termalização de portadores fora do equilíbrio. Em pontos quânticos e outras nanoestruturas semicondutoras, os níveis eletrônicos e os modos vibracionais possuem um caráter discreto devido ao confinamento das três dimensões. O espectro de fônons em pontos quânticos consiste de modos confinados e modos de superfície associados às interfaces. O modelo macroscópico continuo é usado para determinar as hamiltonianas e os autovalores dos modos vibracionais. Os termos de acoplamento elétron-fônons são também determinados a partir de esta teoria. Medidas de espalhamento Raman corroboram a validade dos modelos contínuos e o caráter discreto dos modos vibracionais. Nesta tese revisamos alguns aspectos dos processos de relaxação em pontos e poços quânticos semicondutores. Discutimos os principais problemas associados ao cálculo de relaxação de portadores principalmente em pontos quânticos, tais como: (i) O comportamento quase atômico dos níveis eletrônicos. (ii) As dificuldades na descrição da densidade de estados. (iii) O caráter discreto dos modos vibracionais. (iv) A possível aparição de osciladores de Rabi. (v) O efeito phonon bottleneck. Nossos cálculos incluem efeitos de alargamento homogêneo nos níveis eletrônicos e não-homogêneos e estudamos processos de relaxação via modos ópticos e acústicos. Em particular, mostramos que a inclusão destes efeitos produzem significativas mudanças nas taxas de transição quando comparadas com taxas obtidas a partir da suposição de níveis absolutamente discretos. Para poços quânticos, calculamos taxas de transição intra e intersub-banda com contribuições de modos confinados e de interface em sistemas com forte não-parabolicidade. Observamos que as taxas de transição intra e intersub-banda em geral aumentam, exepto em algumas situações de confinamento fraco. Os efeitos da não-parabolicidade são mais importantes para transições que envolvem níveis altos de energia. Nosso trabalho evidencia a importância da análise da integral de overlap, já que esta quantidade é sensível às mudanças das funções de onda eletrônicas e dos potenciais associados com os modos de oscilação presentes em sistemas de baixa dimensionalidade / Abstract: The interaction between electrons and phonons is a very important ingredient for any realistic discussion of optical properties in quantum dosts. It is also fo relevance for determining the carrier dynamics in small, fast semiconductor devices and the study of radiative transitions is of importance for photonic devices. Additionally, there is much interest attached to possible mechanisms of nonequilibrium carrier termalization. In a semiconductor quantum dot and other nanostructures not only the electron levels by also the lattice vibration modes become descrete due to the three dimensional confinement. It has been found that the LO - phonon spectrum consists of confined modes and surface modes, which are associated with the interfaces. The dielectric continuum approximation is used to derive expressions of the eigenfuncitons corresponding to the confined - LO phonon modes and surface modes and obtained the coupling Hamiltonian for these modes. Recent resonant Raman scattering measurements confirmed the confined character of the phonon structure. In this work we revise the current issues on carrier relaxation in simiconductor quantum dots and quantum wells. We discuss the common theoretical problems addressed for the calculations of carrier relaxations in quantum dots, such as: the question of atomic - like discrete energy level, the so - called phonon bottleneck problem in quantum dots, the discreteness of phonon modes versus phonon bulk-like dispersion. In particular we will demonstrate that the "phonon bottleneck" removed by considering level broadening, i. e., by not considering the levels as atomic - like. Particulary, we showed that effects of inhomogeneous broadening due to quantum dot size distribution are also considered, and are shown to modify considerably the relaxation rates. For quantum wells, we have calculated the scattering rates for intrasubband and intersubband transitions due to electron - confined and interface - phonon interaction in quantum wells with strong subband nonparabolicity. We find that for intra and intersubband transitions the scattering rates are in general increased, except in some situations of low confinement. In particular for higher subbands and larger electron confinement the nonparabolicity effects becomes more important. We put into evidence that it is important to pay attention to the analysis of the overlap integral, since this parameter is not only sensitive to the variations of the electronic wave functions, but also to the electrostatic potential generated by the several phonon modes present in low dimensional systems / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Gerald Weber / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-21T00:16:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlcaldeMilla_AugustoMiguel_M.pdf: 1217062 bytes, checksum: 32898d4164c6dc54b35fb6f02ae8f977 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Esta tese discute a influência da não-parabolicidade da banda de condução na interação elétron-fónon em poços quânticos de GaAs-AIGaAs. Calculamos as taxas de transição elétron-fónon devido a fonons confinados e de interface em poços quânticos de GaAs-AIGaAs considerando a influência da não-parabolicidade das bandas de energia. Um modelo da camada dielétrica reformulado é usado para descrever os fonons confinados e assume-se um modelo simples para levar em conta os efeitos da não-parabolicidade. Foram obtidas expressões analíticas no limite quântico extremo para as taxas de transição intra e intersub-banda. Apresentamos também resultados para taxas parabólicas com o propósito de fazer comparações e mostrar que ocorrem importantes diferenças quantitativas, desta forma podemos determinar as situações onde a não-parabolicidade pode ou não ser desprezada. Foi encontrado que nas transições intra e intersub-banda devido a fonons confinados, as taxas de transição são significativamente incrementadas, enquanto para fonons de interface as taxas de transição decrescem. A taxa de transição total é consideravelmente afetada pela não parabolicidade das sub-bandas / Abstract: This thesis discusses the influence of the nonparabolicity of the conduction band on the electron-phonon interaction in GaAs-AIGaAs quantum well8. We calculate the electron-LO-confined and interface-phonon scattering rates in GaAs-AIGaAs quantum wells considering the influence of nonparabolicity on the energy bands. A reformulated slab model is employed to describe the confined phonon and a simple model is assumed to take these nonparabolicity effects into account. Analytic expressions for the intra and intersubband scattering rates in the extreme quantum limit were obtained. We show also results of scattering rates in the parabolic approximation in order to make comparisons and show that important quantitative differences occur, in this way we are able to determine for which situations the subband nonparabolicity can be neglected or not. It is found that for intra and intersubband transitions due to emission of confined phonons the scattering rates are significantly increased, while for interface phonons the scattering rates are decreased. The total scattering rate is considerably affected by the subband nonparabolicity / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador : Nicolao Jannuzzi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T23:30:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CruzFilho_SolonPereirada_M.pdf: 1678535 bytes, checksum: 6c87ec37902d9d843e9deb13841450d4 (MD5) Previous issue date: 1974 / Resumo: Nossos resultados experimentais mostraram que as réplicas de fonons não são realmente réplicas, mas sim, estão alargadas na região de altas energias e que se deslocam mais efetivamente do que a banda zero fonon com a variação da intensidade de excitação. Por outro lado vimos que a razão I1/I0 = S( r ) decresce com r e é função da excitação. E ainda s( r )/dDA( r )não tem o comportamento previsto teoricamente. Todos os nossos resultados experimentais estão qualitativamente de acordo com a hipótese original de que os pares de menor separação tem uma maior probabilidade de se recombinarem dando origem a fonons L0 e estão em frontal oposição aos resultados previstos por Malm e Haering e K. Kreher. Notamos portanto a necessidade que existe de uma reformulação da teoria, principalmente, no que se refere ao termo de interação eletron-fonon ( S( r ) ) e na sua dependência com a separação e a intensidade de excitação. É nossa intenção futura chegar a resultados quantitativos acerca da dependência de S com a separação ( D - A ), analisando em detalhes as linhas finas que aparecem no espectro do GaP e de outros cristais / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Investigamos os efeitos de tamanho e do potencial de confinamento finito V0 nas taxas de espalhamento de absorção e de emissão de elétrons interagindo com os fônons longitudinais ópticos (fônons LO) de um fio quântico cilíndrico de GaAs à temperatura ambiente. Calculamos as taxas de espalhamento inter e intra-sub-banda e a taxa de espalhamento total para uma temperatura de 300 K, pois nesta temperatura o mecanismo de espalhamento dominante em semicondutores do tipo III-V é aquele devido aos fônons LO. Qualitativamente a taxa de emissão intra-sub-banda neste sistema tem o mesmo comportamento da sua correspondente em estruturas 2D. Para a absorção encontramos uma mudança suave de comportamento da taxa de absorção intra-sub-banda quando o raio do fio é da ordem do diâmetro do polaron (ou seja, da ordem de 80 ANGSTROM). Para raios pequenos ela tem um comportamento similar ao do bulk, mas para raios maiores ela cresce até atingir um máximo e depois cai monotonicamente à medida que aumentamos a energia do portador. Vimos que, o tamanho do fio e o potencial de confinamento têm grande influência na taxa de espalhamento total. / We investigated the size effects and the effects of the finite confining potential V0 on the absorption and emission scattering rates of electron interacting with longitudinal optical (LO) phonons for a cylindrical GaAs quantum wire. We calculated the inter and intrasubband total scattering rate for a temperature of 300K, because in this temperature the dominant mechanism of scattering in semiconductors III-V is that due LO phonons. Qualitatively the intrasubband emission scattering rate in this system has the same behavior of the correspondent in 2D structures. For absorption we found a smooth change in the intrasubband absorption scattering rate behavior when the radius the wire is near the polaron diameter (ie, about 80 ANGSTROM). For small radius the scattering rate has a similar behavior as that of the bulk, but for large radius it increases until reach a maximum and after ir drops monotonicaly with increase of carrier energy. We found that the size effect and the confining potential have a large influence in the total scattering rate

Investigamos os efeitos de tamanho e do potencial de confinamento finito V0 nas taxas de espalhamento de absorção e de emissão de elétrons interagindo com os fônons longitudinais ópticos (fônons LO) de um fio quântico cilíndrico de GaAs à temperatura ambiente. Calculamos as taxas de espalhamento inter e intra-sub-banda e a taxa de espalhamento total para uma temperatura de 300 K, pois nesta temperatura o mecanismo de espalhamento dominante em semicondutores do tipo III-V é aquele devido aos fônons LO. Qualitativamente a taxa de emissão intra-sub-banda neste sistema tem o mesmo comportamento da sua correspondente em estruturas 2D. Para a absorção encontramos uma mudança suave de comportamento da taxa de absorção intra-sub-banda quando o raio do fio é da ordem do diâmetro do polaron (ou seja, da ordem de 80 ANGSTROM). Para raios pequenos ela tem um comportamento similar ao do bulk, mas para raios maiores ela cresce até atingir um máximo e depois cai monotonicamente à medida que aumentamos a energia do portador. Vimos que, o tamanho do fio e o potencial de confinamento têm grande influência na taxa de espalhamento total. / We investigated the size effects and the effects of the finite confining potential V0 on the absorption and emission scattering rates of electron interacting with longitudinal optical (LO) phonons for a cylindrical GaAs quantum wire. We calculated the inter and intrasubband total scattering rate for a temperature of 300K, because in this temperature the dominant mechanism of scattering in semiconductors III-V is that due LO phonons. Qualitatively the intrasubband emission scattering rate in this system has the same behavior of the correspondent in 2D structures. For absorption we found a smooth change in the intrasubband absorption scattering rate behavior when the radius the wire is near the polaron diameter (ie, about 80 ANGSTROM). For small radius the scattering rate has a similar behavior as that of the bulk, but for large radius it increases until reach a maximum and after ir drops monotonicaly with increase of carrier energy. We found that the size effect and the confining potential have a large influence in the total scattering rate

Com o rápido avanço das técnicas experimentais observado nas últimas décadas, a fabricação de sistemas nanoestruturados se tornou uma realidade. Nessa escala de grandeza, as interações entre elétrons e vibrações nucleares têm um papel importante no transporte eletrônico, podendo causar a perda de coerência de fase dos elétrons, a abertura de novos canais de condução e a supressão de canais puramente elásticos. Neste trabalho, o problema do transporte eletrônico em escala nanométrica foi tratado considerando as interações elétron-fônon, o que resultou na implementação de ferramentas computacionais para simulação realística de materiais. O transporte eletrônico foi abordado por meio do formalismo das Funções de Green Fora do Equilíbrio, onde as interações elétron-fônon foram tratadas por diferentes modelos. Para considerar o efeito dessas interações no transporte, é necessário, em princípio, incluir um termo de autoenergia de espalhamento na Hamiltoniana do sistema. Contudo, a forma exata dessa autoenergia é desconhecida e aproximações são necessárias. O primeiro efeito da interação elétron-fônon estudado foi a perda de coerência de fase, o que foi abordado pelo modelo fenomenológico das sondas de Büttiker [1]. Foram realizadas duas implementações diferentes deste modelo, a primeira na forma usual, onde se considera uma aproximação elástica para o cálculo da corrente, e a segunda por meio de uma nova proposta sem a aproximação elástica. Entretanto, como a autoenergia de interação utilizada não contém informação a respeito da estrutura dos fônons, o modelo produz somente um alargamento do canal de condutância, simulando apenas o efeito de perda de coerência de fase dos elétrons devido à interação com fônons do material. Para poder incluir as informações sobre a estrutura dos fônons, foi desenvolvido o programa PhOnonS ITeratIVE VIBRATIONS, para o cálculo das frequências e dos modos vibracionais de materiais e para calcular a matriz de acoplamento elétron-fônon, a partir de métodos de primeiros princípios. No cálculo da matriz de acoplamento elétron-fônon, além da implementação do código algumas intervenções foram realizadas no programa SIESTA [2,3] (uma implementação da Teoria do Funcional da Densidade). Outra abordagem para a interação elétron-fônon consiste em expandir a autoenergia de interação perturbativamente em diagramas de Feynman até a primeira ordem, o que é convencionalmente chamado de primeira aproximação de Born. Essa aproximação, assim como a sua versão autoconsistente, no qual uma classe mais ampla de diagramas é considerada, foram incorporadas ao programa SMEAGOL [4], um código de transporte eletrônico ab initio baseado na combinação DFT-NEGF e que utiliza como plataforma do cálculo da estrutura eletrônica o código SIESTA. Essas implementações, em conjunto com diversas mudanças realizadas no código SMEAGOL, deram origem ao programa Inelastic SMEAGOL para cálculos de transporte inelástico ab initio. Nessa busca por uma descrição mais realista dos dispositivos eletrônicos, outro aspecto que deve ser considerado é o fato de que os dispositivos muitas vezes podem alcançar escalas de comprimento da ordem de 100 nm com um grande número de defeitos aleatoriamente distribuídos, o que pode levar a um novo regime fundamental de transporte, a saber, o de localização de Anderson [5]. Neste trabalho, foi desenvolvido o programa Inelastic DISORDER, que permite calcular, por primeiros princípios, as propriedades de transporte elástico e inelástico de sistemas com dezenas de milhares de átomos com um grande número de defeitos posicionados aleatoriamente. O método combina cálculos de estrutura eletrônica via DFT com o formalismo NEGF para o transporte, onde as interações elétron-fônon são incluídas por meio de teoria de perturbação com relação à matriz de acoplamento elétron-fônon (Lowest Order Expansion). O método desenvolvido foi aplicado ao estudo de nanofitas de grafeno com impurezas hidroxílicas. Observou-se que, ao incluir a interação elétron-fônon, as propriedades de transporte sofrem mudanças significativas, indicando que estas interações podem influenciar nos efeitos de localização por desordem. [1] M. Büttiker. Phys. Rev. B 33(5), 30203026 (1986). [2] E. Artacho, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, A. García e J. M. Soler. Phys. Stat. Sol. (b) 215, 809817 (1999). [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón e D. Sánchez- Portal. J. Phys. Cond. Mat. 14, 27452779 (2002). [4] A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer e S. Sanvito. Phys. Rev. B 73, 085414 (2006). [5] P. W. Anderson. Phys. Rev. 109, 1492 (1958). / With the fast improvement of experimental techniques over the past decades, the synthesis of nanoscale systems has become a reality. At this length scales, the interaction between electrons and ionic vibrations plays an important role in electronic transport, and may cause the loss of the electron\'s phase coherence, the opening of new conductance channels and the suppression of purely elastic ones. In this work the electronic transport problem at nanoscale was addressed considering the electron-phonon interactions, resulting on the development of computational tools for realistic simulations of materials. The electronic transport was approached with the Non-Equilibrium Green\'s Function formalism, where electron-phonon interactions were addressed by different models. To take into account the interaction\'s effects, one needs in principle to include a self-energy scattering term in the system Hamiltonian. Nevertheless, the exact form of this self-energy is unknown and approximations are required. The first effect from electron-phonon interactions dealt was the loss of phase coherence, which was approached by the Büttiker\'s probes phenomenological model [1]. Two different implementations of this model were performed, the first in the standard form, where an elastic approximation is considered in order to compute the current, and the second by a new method without the elastic approximation. However, since the interaction self-energy used doesn\'t contains any information about the phonon\'s structure, this model only produces a broadening at the conducting channels, simulating just the effect of loss of phase coherence from the electrons due to their interactions with the phonons. In order to be able to include information about the phonon\'s structure, the computational code PhOnonS ITeratIVE VIBRATIONS was developed, for calculating the frequencies and vibrational modes of the materials and to compute the electron-phonon coupling matrix, from first principles methods. In the calculation of the electron-phonon coupling matrix, besides the code implementation some changes were performed at the SIESTA program [2,3] (a Density Functional Theory implementation). Another approach for the electron-phonon interactions consists of expanding the interaction self-energy perturbatively in Feynman diagrams until the first order, what is conventionally called the first Born approximation. This approximation, together with its self-consistent version, where a wider class of diagrams are regarded, have been incorporated into the SMEAGOL program [4], an ab initio electronic transport code based on the combination DFT-NEGF which uses the SIESTA code as a platform for electronic structure calculations. The implementations, together with many changes performed on SMEAGOL code, gave rise to the Inelastic SMEAGOL program for inelastic ab initio transport calculations. In this search for a more realistic description of electronic devices, another feature that should be taken into account is the fact that these devices most often can reach the 100 nm length scale with a large number of randomly distributed defects, which can lead to a fundamentally new transport regime, namely the Anderson localization regime [5]. In this work, the program Inelastic DISORDER was developed, which allows one to compute, by first principles, the elastic and inelastic transport properties from systems with tens of thousands of atoms with a large number of randomly positioned defects. The method combines electronic structure calculations via DFT with the NEGF formalism for transport, where the electron-phonon interactions are included with perturbation theory on the electron-phonon coupling matrix (Lowest Order Expansion). The developed method was applied to the study of graphene nanoribbons with joint attachment of hydroxyl impurities. It was observed that, by including the electron-phonon interaction, the transport properties experience significant changes, indicating that these interactions can influence the effects of localization by disorder. [1] M. Büttiker. Phys. Rev. B 33(5), 30203026 (1986). [2] E. Artacho, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, A. García, and J. M. Soler. Phys. Stat. Sol. (b) 215, 809817 (1999). [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, and D. Sánchez- Portal. J. Phys. Cond. Mat. 14, 27452779 (2002). [4] A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer, and S. Sanvito. Phys. Rev. B 73, 085414 (2006). [5] P. W. Anderson. Phys. Rev. 109, 1492 (1958).

O objetivo deste trabalho é examinar os efeitos causados pela interação elétron-fônon em pontos quânticos semicondutores polares. Primeiramente, nós apresentamos cálculos detalhados da taxa de espalhamento e do tempo de relaxação eletrônico em pontos quânticos simples (Single Quantum Dot - SQD) e em dois pontos quânticos acoplados (Coupled Quantum Dots - CQDs) devido à interação entre o elétron e os fônons longitudinais acústicos (LA) na presença e na ausência de campos externos, magnético ou elétrico. O regime de energia usado no cálculo do espalhamento eletrônico foi escolhido de forma que os fônons LA dominam o processo de espalhamento. Nós verificamos que na ausência de campo externo, a taxa de espalhamento do elétron por fônons LA entre dois níveis específicos é essencialmente determinada pela diferença de energia entre estes dois níveis. Observamos que um campo magnético modula fortemente a taxa de espalhamento. Verificamos que o processo de relaxação via multicanais desempenha um papel essencial no mecanismo de relaxação do elétron de estados excitados para o estado fundamental. Um campo magnético externo aumenta ainda mais a relaxação através de transições indiretas. Também fizemos um estudo teórico dos efeitos da interação elétron-fônons longitudinais ópticos (LO) em dois pontos quânticos acoplados compostos de InAs/AlInAs. Fizemos cálculos para o polaron ressonante num regime onde a energia de confinamento do elétron é comparável a energia do fônon L0 utilizando o formalismo da função de Green e teoria de perturbação considerando temperatura zero e finita. Observamos uma renormalização do estado fundamental obtida devido a absorção de fônons virtuais para uma temperatura T > O. Discutimos os efeitos do tunelamento entre os pontos quânticos e a sua influência nas propriedades eletrônicas e analisamos o espectro de absorção óptica neste sistema. Verificamos modificações nos orbitais eletrônicos como resultado direto do tunelamento assistido por fônons. Finalmente, avaliamos os efeitos da interação elétron-fônons L0 na densidade de estados do elétron confinado em pontos quânticos utilizando dois modelos distintos: Um modelo não-perturbativo e o formalismo da função de Green. Estudamos cada método separadamente e avaliamos a densidade de estados como função da temperatura e do confinamento lateral. Consideramos um sistema com apenas dois níveis eletrônicos de energia e comparamos os dois métodos avaliando as suas diferenças básicas. Utilizando o método não-perturbativo fizemos cálculos da densidade de estados para um regime de acoplamento forte entre o elétron e os fônons LO / The purpose of this work is to study effects of electron-phonons interactions in polar semiconductor quantum dots. Firstly, we present a detailed calculation on the electron-LA-phonon scattering rates and electron relaxation processes in single and coupled quantum dots in the absence and in the presence of external magnetic or electric fields. In the absence of external field, interplay among the effective confinement lengths in different directions as well as the phonon wavelength leads to a strong oscillation of the LA-phonon scattering rate between two levels. In other words, the scattering depends strongly on the geometry and confinement potential of the quantum dot. An external magnetic field also strongly modulates the scattering rate in severa1 orders of magnitude. The magnetic field induced effects are very similar in single quantum dot (SQD) and coupled quantum dots (CQDs) where the effective confinement strength in the x-direction affects strongly the scattering rate. However, we find that the multiple relaxation process plays an essential role for electron relaxing from the excited states to ground state both in single and coupled quantum dots. Including all possible relaxation channels, an external magnetic field enhances the relaxation through indirect transitions. Secondly, we present a theoretical study on the effects of electron-LO-phonon interaction in two coupled stacked InAs/InAIAs quantum dots. The contribution of resonant and nonresonant electron-LO-phonon coupling to the polaron states are obtained in the framework of t he Green function formalism and the perturbation approach at zero and finite temperatures. Ground state renormalization is found due to virtual phonon absorption at T > O. Tunneling effects between the dots have been addressed and their influente on the electronic properties and optical absorption are analyzed. Topological modifications of electronic orbitals are found as a result of phonon-assisted tunneling. Finally, we investigate the effects of electron-LO-phonon interaction on the electron density of states in quantum dots using two distinct models. A non-perturbative model and the Green function formalism. Within the non-perturbative model, we consider only two electronic levels in a quantum dot interacting to LO-phonons. An exact solution is obtained for the polaron states and spectral function. We evaluate the density of states in the regime at zero and finite temperature for severa1 values of the lateral confinement. We compare the density of states obtained within the two models. Furthermore, we study the polaron effects in strong electron-LO-phonon coupling regime based on the non-perturbative model

O objetivo deste trabalho é examinar os efeitos causados pela interação elétron-fônon em pontos quânticos semicondutores polares. Primeiramente, nós apresentamos cálculos detalhados da taxa de espalhamento e do tempo de relaxação eletrônico em pontos quânticos simples (Single Quantum Dot - SQD) e em dois pontos quânticos acoplados (Coupled Quantum Dots - CQDs) devido à interação entre o elétron e os fônons longitudinais acústicos (LA) na presença e na ausência de campos externos, magnético ou elétrico. O regime de energia usado no cálculo do espalhamento eletrônico foi escolhido de forma que os fônons LA dominam o processo de espalhamento. Nós verificamos que na ausência de campo externo, a taxa de espalhamento do elétron por fônons LA entre dois níveis específicos é essencialmente determinada pela diferença de energia entre estes dois níveis. Observamos que um campo magnético modula fortemente a taxa de espalhamento. Verificamos que o processo de relaxação via multicanais desempenha um papel essencial no mecanismo de relaxação do elétron de estados excitados para o estado fundamental. Um campo magnético externo aumenta ainda mais a relaxação através de transições indiretas. Também fizemos um estudo teórico dos efeitos da interação elétron-fônons longitudinais ópticos (LO) em dois pontos quânticos acoplados compostos de InAs/AlInAs. Fizemos cálculos para o polaron ressonante num regime onde a energia de confinamento do elétron é comparável a energia do fônon L0 utilizando o formalismo da função de Green e teoria de perturbação considerando temperatura zero e finita. Observamos uma renormalização do estado fundamental obtida devido a absorção de fônons virtuais para uma temperatura T > O. Discutimos os efeitos do tunelamento entre os pontos quânticos e a sua influência nas propriedades eletrônicas e analisamos o espectro de absorção óptica neste sistema. Verificamos modificações nos orbitais eletrônicos como resultado direto do tunelamento assistido por fônons. Finalmente, avaliamos os efeitos da interação elétron-fônons L0 na densidade de estados do elétron confinado em pontos quânticos utilizando dois modelos distintos: Um modelo não-perturbativo e o formalismo da função de Green. Estudamos cada método separadamente e avaliamos a densidade de estados como função da temperatura e do confinamento lateral. Consideramos um sistema com apenas dois níveis eletrônicos de energia e comparamos os dois métodos avaliando as suas diferenças básicas. Utilizando o método não-perturbativo fizemos cálculos da densidade de estados para um regime de acoplamento forte entre o elétron e os fônons LO / The purpose of this work is to study effects of electron-phonons interactions in polar semiconductor quantum dots. Firstly, we present a detailed calculation on the electron-LA-phonon scattering rates and electron relaxation processes in single and coupled quantum dots in the absence and in the presence of external magnetic or electric fields. In the absence of external field, interplay among the effective confinement lengths in different directions as well as the phonon wavelength leads to a strong oscillation of the LA-phonon scattering rate between two levels. In other words, the scattering depends strongly on the geometry and confinement potential of the quantum dot. An external magnetic field also strongly modulates the scattering rate in severa1 orders of magnitude. The magnetic field induced effects are very similar in single quantum dot (SQD) and coupled quantum dots (CQDs) where the effective confinement strength in the x-direction affects strongly the scattering rate. However, we find that the multiple relaxation process plays an essential role for electron relaxing from the excited states to ground state both in single and coupled quantum dots. Including all possible relaxation channels, an external magnetic field enhances the relaxation through indirect transitions. Secondly, we present a theoretical study on the effects of electron-LO-phonon interaction in two coupled stacked InAs/InAIAs quantum dots. The contribution of resonant and nonresonant electron-LO-phonon coupling to the polaron states are obtained in the framework of t he Green function formalism and the perturbation approach at zero and finite temperatures. Ground state renormalization is found due to virtual phonon absorption at T > O. Tunneling effects between the dots have been addressed and their influente on the electronic properties and optical absorption are analyzed. Topological modifications of electronic orbitals are found as a result of phonon-assisted tunneling. Finally, we investigate the effects of electron-LO-phonon interaction on the electron density of states in quantum dots using two distinct models. A non-perturbative model and the Green function formalism. Within the non-perturbative model, we consider only two electronic levels in a quantum dot interacting to LO-phonons. An exact solution is obtained for the polaron states and spectral function. We evaluate the density of states in the regime at zero and finite temperature for severa1 values of the lateral confinement. We compare the density of states obtained within the two models. Furthermore, we study the polaron effects in strong electron-LO-phonon coupling regime based on the non-perturbative model

Orientadores: Aurea Rosas Vasconcellos, Roberto Luzzi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:30:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndradeNeto_AntonioVieirade_D.pdf: 580703 bytes, checksum: 8cd331112c8a9047f3815f8b9238e984 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho realizamos um estudo pormenorizado das propriedades ópticas de semicondutores polares de gap direto dopado tipo n.Em particular nos concentramos nos efeitos de muitos corpos (interação coulombiana)e na in .uência da interação elétron fônon LO (potencial de Fröhlich)sobre as propriedades ópticas do sistema. Para tanto,inicialmente,calculamos a função dielétrica longitudinal do sistema recorrendo ao elegante,prático e poderoso método das Funções de Green Termodinâmicas de Tempo Duplo. Obtivemos expressões analíticas para as partes real e imaginária da função dielétrica onde estão incorporados efeitos dinâmicos. Foi evidenciado o inter-relacionamento entre os efeitos coletivos ¿gerados pela interação coulombiana ¿e a interação polar.Isto se manifesta claramente nas expressões obtidas para a renormalização das energias de excitação bem como nas funções de relaxação dinâmicas associadas com os efeitos dissipativos no sistema.Tais características se mostram fundamentais para que os resultados numéricos,obtidos a partir da teoria,quando comparados com as curvas experimentais forneçam um muito bom acordo em posição e forma das bandas de espalhamento Raman por modos híbridos de plasmons-fônons LO e o espectros de re .etividade do GaN, inclusive é evidenciada e interpretada,uma banda anômala observada experimentalmente / Abstract: A detailed analysis of the in fluence of the polar and Coulomb interactions, and brief comments on impurities,on the optical properties of III-Nitrides is presented.Raman scattering by coupled plasmon-LO phonon modes is considered in particular.Numerical calculations are done in the case of n-doped GaN obtaining excellent agreement with the experimental data and,in the process,the explanation of certain observed so-called anomalies is done.A brief study of re .ectivity spectra is also included / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências