Neste trabalho, nossa principal motivação foi o entendimento da dinâmica de pacotes de onda em isolantes topológicos 2D. Como excitações de carga se movem nesses materiais? De que maneira essas trajetórias dependem das condições iniciais, e de que forma as condições de contorno influenciam nessa dinâmica? Essas foram algumas das perguntas que guiaram nosso trabalho. Através de simulações computacionais, estudamos o movimento de pacotes de onda gaussianos em poços quânticos de HgTe/CdTe. O comportamento de isolante topológico para essa heteroestrutura foi prevista teoricamente no importante trabalho de Bernevig et al. (Science, vol. 314, no. 5806, 2006) e confirmada experimentalmente por König et al. (Science, vol. 318, no. 5851, 2007). Estudando-se a evolução temporal desse sistema, foi possível observar trajetórias que dependem de forma evidente, não apenas da orientação de spin, mas também da orientação de um pseudo-spin proveniente do modelo BHZ. Em sistemas com condições de contorno periódicas em ambas as dimensões e sem a aplicação de campos externos, foram observadas trajetórias com formato de espiral, acompanhadas por um \"side-jump\" dependente da direção do spin e do pseudo-spin. Em especial, para o caso em que o pseudo-spin está inicialmente orientado na direção-z, as trajetórias espiraladas foram subtituidas por um padrão do tipo \"zitterbewegung\" dependente de um potencial de \"bias\". Para sistemas confinados com bordas impenetráveis, observou-se a formação de estados de borda helicais característicos de isolantes topológicos. / In this work, our main motivation was the understanding about the dynamics of wave packets in 2D topological insulators. How charge excitations move throughout theses materials? In what way their trajectories depend on the initial conditions, and how boundary conditions change this dynamics? These were some of the questions that have guided us in our work. Using numerical simulations, we have studied the movement of gaussian wave packets in HgTe/CdTe quantum wells. The topological insulator behavior for this heterostructure was theoretically predicted on the important work conducted in 2006 by Bernevig et al. (Science, vol. 314, n. 5806, 2006), and experimentally confirmed by König et al. (Science, vol. 318, no. 5851, 2007) a year later. Studing the time evolution of this system, was possible to observe trajectories that depend evidently, not only from the spin projection, but also from the pseudospin orientation coming from the BHZ model. From simulations with periodic boundary conditions in both of the two dimensions, and without the application of any external fields, we observed spiral trajectories accompanied by a spin and pseudospin dependent side-jump. Especially, for the case in which the pseudospin was iniatially oriented in \"z\" direction, the spiral trajectories were replaced by a pattern of the type \"zitterbewegung\" dependent of a bias potential. For the confined systems with barriers of hardwall type, was observed the formation of helical edge states, that is the fingerprint of topological insulators.

A interação spin-órbita tem desempenhado um papel crucial no desenvolvimento de dispositivos semicondutores de baixa dimensionalidade. Em resultados recentes abordando o modelo de Kane para sistemas cúbicos, particularmente redes zincblende, hamiltonianos efetivos são calculados por meio da técnica algébrica conhecida como folding down seguida de um processo de linearização até segunda ordem no inverso do gap de energia com a devida correção na normalização do espinor da banda de condução [PRL 99, 076603 (2007); PRB 78, 155313 (2008)]. Motivados por estes estudos, este trabalho se concentra no estudo algébrico da estrutura eletrônica de semicondutores de rede wurtzita. Usando as simetrias da rede hexagonal, o modelo de Kane 8 × 8 é formulado levando em conta todos os acoplamentos mediados pelos operadores momentum linear e angular de spin. Mostramos que a base de oito estados vinda da diagonalização exata da matriz associada à interação spin-órbita fornece um tratamento unificado entre os sistemas hexagonal e cúbico, o que pode ser muito útil no estudo de politipismos. Através de um modelo efetivo baseado na expansão em ordens do inverso do gap de energia, determinamos a equação que descreve o comportamento de um elétron de condução em poços quânticos e em estruturas semicondutoras na fase bulk. Em particular, destacamos a presença de massas efetivas e a emergência de uma interação dependente em spin na forma do operador helicidade no plano já em primeira ordem de aproximação, algo não observado em sistemas cúbicos. A heteroestrutura é investigada no âmbito do modelo de uma e duas subbandas dos poços quânticos das junções semicondutoras. Incluindo o campo de radiação, encontramos a equação efetiva que descreve a interação elétron-fóton analisando ainda as taxas de transição óptica do sistema. Observa-se que as transições ópticas são diretamente mediadas por spin e dependem da direção de incidência do fóton seja no poço quântico ou na monoestrutura semicondutora. Uma vez que estas transições ópticas induzem a mudança na orientação do spin eletrônico, estes resultados podem ser úteis na construção de novos dispositivos optoeletrônicos tendo a wurtzita como cenário. Considerando o hamiltoniano em primeira ordem no inverso do gap de energia relativo ao modelo de uma subbanda, verificamos que a evolução temporal do operador posição do elétron de condução varia linearmente no tempo e não exibe o efeito Zitterbewegung. Associado a evolução temporal dos operadores de spin que oscilam no tempo, o movimento linear garante a formação de um campo harmônico onde os spins precessam. Como apontado no caso cúbico, a precessão do spin de elétrons injetados no poço quântico sob polarização de 45° pode levar à formação spin gratings devido ao espaçamento da ordem de alguns nanômetros destas entidades. Calculamos ainda o shift no vetor de onda de elétrons injetados no canal semicondutor do transitor Datta-Das formado por redes wurtzita. / The spin-orbit interaction has played a crucial role in the development of low-dimensional semiconductor devices. In recent results addressing the 8 × 8 Kane model for cubic systems, particularly zincblende lattices, effective hamiltonians for the conduction band are calculated in a semi-analytical way. By folding down the Kane hamiltonian, the spinor components in the conduction band are isolated, resulting in an equation having the energy in denominators. Through a linearization process, controlled by a power expansion in the inverse of the energy gap, the energy is removed from the denominators and an effective hamiltonian is obtained. In a zincblende system, terms dependent on spin only appear in the effective hamiltonian of second order in the inverse of the energy gap of a heterostructure [PRL 99, 076603 (2007); PRB 78, 155313 (2008)]. In this masters thesis we apply this semi-analytical procedure to generate effective hamiltonians for the conduction band of wurtzite systems. Using the symmetries of the hexagonal lattice, the 8 × 8 Kane model is reviewed by taking into account all couplings mediated by the linear momentum and spin angular momentum. We show that exists an unified treatment for the Kane model of zincblende and wurtzite systems, which can be very useful in studies with nanowhiskers. We have found a first-order effective Hamiltonian having terms dependent on spin even in the bulk case. One of these spin-dependent terms is the helicity operator. The spin-orbit interaction only appears in the second order expansion. Considering the first order hamiltonian, we have calculated the Zitterbewegung effect and discussed the Datta-Das transistor. We have found that only the spin operators exhibit the Zitterbewegung effect. The linear dependence with time shown by the position operators make of the spin operators harmonic fields, which form spin grattings similar to those found in zincblende heterostructures (persistent spin helix). We have also included a radiation field and calculated the (direct) optical transitions assisted by spin. We have found that the transition rates are harmonic functions of the incidence angle.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-08T12:49:30Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Obed Alves Santos.pdf: 3743732 bytes, checksum: 0b8c158e0ae361499368ae05a1d61e0e (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-08T12:49:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Obed Alves Santos.pdf: 3743732 bytes, checksum: 0b8c158e0ae361499368ae05a1d61e0e (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-03-10 / CNPq / Nessa dissertação investigamos de forma sistemática um efeito relativamente recente em física da matéria condensada e que ocorre em materiais magnéticos, o efeito de spin pumping. Este efeito que foi proposto no início dos anos 2000 deu um impulso à área de spintrônica e se constituiu num dos mais importantes mecanismos de injeção de corrente de spins a partir de um meio magnético em um meio não magnético. A possibilidade de aplicações tecnológicas deste efeito em Spintrônica tem se mostrado promissor. Nesta investigação usamos a ressonância ferromagnética (FMR) para estudar o efeito de spin pumping em camadas simples de ferromagneto, bicamadas de ferromagneto/metal-normal e bicamadas de materiais ferromagnéticos diferentes. O fenômeno foi caracterizado por medidas de relaxação magnética e medidas de tensão elétrica DC provocadas pelo efeito Hall de spin inverso (ISHE). Reportamos que a deposição de camadas nanométricas de metais normais como Ta ou Pt sobre o ferromagneto Permalloy (Py, Ni81Fe19) e sobre o isolante ferrimagnético YIG (Y3Fe5O12), resultou em um aumento da constante de amortecimento de Gilbert, comprovando então o efeito de bombeamento de spin. Realizamos também medidas de tensões DC geradas a partir da combinação dos efeitos de spin pumping e ISHE. Mostramos que os sinais de tensão ISHE gerados em bicamadas de YIG/Ta e YIG/Pt possuem sinais opostos. Mostramos também que camadas simples de Py geram uma tensão DC quando o material está na condição de FMR. Esta descoberta levou ao estudo de dois outros efeitos. (i) Competição entre tensões ISHE provocadas pela ressonância do YIG e do Py em bicamadas YIG/Py; (ii) Adição ou subtração de tensões ISHE em bicamadas metálicas do tipo Py/Ta e Py/Pt.

Orientador: Maria José Santos Pompeu Brasil / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-17T05:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezBalanta_MiguelAngel_M.pdf: 3522641 bytes, checksum: 4f38baba120bb574a54a03d7c1ebc335 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nesta dissertação investigamos os efeitos dos íons de Mn na dinâmica do spin de elétron em poços quânticos de InGaAs/GaAs. Os poços têm um gás de buracos gerado por dopagens em suas barreiras, sendo uma dopagem tipo delta de Mn numa das barreiras e uma dopagem tipo delta de C, na outra. A densidade de buracos foi determinada mediante medidas de transporte e são consistentes com as densidades obtidas das energias de Stokeshift. Utilizamos diversas técnicas ópticas, como a fotoluminescência no modo contínuo (PL-CW) e resolvida no tempo (PL-RT), a fotoluminescência de excitação (PLE-CW), e o efeito Hanle óptico, sempre usando luz circularmente polarizada para excitação e analisando a polarização circular da luz emitida. Comparamos os tempos de vida ( ? ) e de relaxação do spin ( ? s) dos elétrons obtidos através destas técnicas e discutimos as diferenças intrínsecas destes métodos e o significado físico dos parâmetros fornecidos por eles. Analisamos também o efeito da presença dos íons de Mn, que são íons magnéticos, sobre os tempos vida e de spin dos elétrons em uma série de amostras com diferentes quantidades de Mn incluindo a amostra de referencia sem Mn. Os resultados encontrados revelam um limite para a concentração de Mn, para a qual ambos, ? e ? s, apresentam uma queda abruta. Surpreendentemente, esta queda não afeita o grau de polarização CW, pois a razão ?/? s que determina este parâmetro permanece basicamente constante para todas as amostras / Abstract: We have studied the effect of Mn ions on the spin-relaxation of electrons in a InGaAs/GaAs quantum well (QW). The QW has a two-dimensional hole-gas generated by doping the barriers, whereas one of the barriers has a Mn-planar layer and the other one, a C planarlayer. The hole densities were determined by Shubnikov-de-Haas oscillations and are consistent with the Stokes-shift energies obtained by optical measurements. We have performed continuouswave photoluminescence measurements (CW-PL), excitation photoluminescence (CW-PLE), timeresolved (TR-PL), and Hanle effect with circularly polarized excitation and detection. We compare the lifetime ( ? ) and the spin relaxation time ( ? s) obtained using those techniques and we discuss the differences between the various techniques and the physical meaning of those parameters. We also analyze the effect of Mn ions on ? s and ? for the series of samples with different Mn concentrations, including a reference sample with no Mn doping. The results revealed a threshold of Mn concentration at which both, and ? s, show a strong and abrupt fall. Surprisingly, this fall does not affect the CW effective polarization degree, since the ratio s that determines this parameter remains basically constant for all samples / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo, Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T20:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano_Cris_M.pdf: 2377701 bytes, checksum: 09034068780831dd7a4b137752559fc2 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho foram estudados filmes finos de MoAs crescidos por epitaxia de feixe molecular em substratos de GaAs (001). As propriedades magnéticas destas hetero-estruturas (filme magnético sobre um substrato semicondutor) são fortemente dependentes das propriedades estruturais do filme de MoAs que foram estudadas detalhadamente utilizando técnicas de difração de raios-x no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. Dentre os principais resultados estão a identificação de uma temperatura de ordenamento magnético maior do que os valores para o MnAs massivo, em filmes com acomodações cristalinas onde o eixo-c está inclinado em relação ao plano (001) do substrato. Também foi realizado um estudo detalhado da variação do parâmetro de rede com a temperatura em torno da transição de fase magnética. Este estudo permitiu determinar a evolução das tensões elásticas presentes no filme de MoAs durante a transição onde em um intervalo em torno de 30°C acontece uma coexistência de fases cristalinas pela formação de faixas periódicas com regiões alternadas de a -MnAs (hexagonal) e ,b -MnAs (ortorrômbico). Também se encontrou que os parâmetros de rede contidos no plano do filme se comportam de forma bem diferente. Enquanto que o parâmetro que corresponde ao eixo-c hexagonal não varia muito durante a transição o outro parâmetro de rede contido no filme aumenta fortemente com a temperatura. Estes estudos complementaram medidas magnéticas com efeito Kerr magnéto-óptico simultâneas às medidas estruturais, assim como às medidas por difração de raios-x com aplicação de campo magnéticos de até 3 kOe / Abstract: Thin films ofMnAs grown by molecular beam epitaxy on GaAs (001) were studied by X-ray diffraction. The magnetic properties of a thin film of MnAs are strongly affected by the elastic tensions ofthe film accomodation over the semiconductor substrate and were studied by X-ray diffraction techniques at the Brazilian National Synchrotron Laboratory .It was found that the Curie temperature for the MnAs film is dependent on the type of crystal accomodation over the substrate. In particular for a MnAs accomodation with a tilted hexagonal c-axis with respect to the GaAs (00 1) plane, the transition temperature becomes higher than the value for MnAs bulk. A detailed analysis ofthe evolution ofthe lattice parameters through the transition temperature was performed. These results contribute to the understanding of the phase coexistence in the film through more than 30°C where periodic stripes of a -MnAs (hexagonal) and b-MnAs (orthorhombic) are formed to reduce the elastic tension of the film during this first order magnetic transition. It was found that while the hexagonal c-axis lattice parameter almost does not change during the phase transition, the in-plane lattice parameter perpendicular to the c-axis strongly increases with increasing temperature. These structural results complement magnetization measurements using an in situ magneto-optical Kerr effect setup and also structural measurements under applied magnetic fields up to 3 kOe / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Maria Jose Santos Pompeu Brasil / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:58:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_HugoBonettede_D.pdf: 6207231 bytes, checksum: fb1d0ba37fa200cd50478aef5caced45 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho consiste no estudo das propriedades de transporte através de estruturas semicondutoras não-magnéticas: diodos de dupla barreira de potencial ¿ DBD (Double Barrier Diode). Nossa atenção é focada na polarização de spin da corrente de portadores através do dispositivo. Discutimos primeiramente a fenomenologia associada ao transporte e como os DBD podem atuar como filtros de spin. Na sequência apresentamos os procedimentos experimentais utilizados. Combinamos técnicas ópticas e de transporte para caracterizar completamente o transporte através do DBD. Apresentamos os resultados experimentais obtidos na investigação de DBD com poço de GaAs e barreiras simétricas de AlAs com dopagens p-i-p e p-i-n sob ação de campos magnéticos. Para ambos os diodos, demonstramos que os processos de tunelamento através do DBD associados ao efeito Zeeman resultam na seleção da natureza de spin dos portadores. Ainda para o diodo p-i-p, reportamos uma modulação da energia de separação para diferentes spins pela voltagem externa aplicada ao DBD. Esta modulação é uma evidência experimental do acoplamento entre o campo elétrico efetivo e o grau de liberdade de spin dos portadores. Por fim, concluímos que DBD não-magnéticos podem ser utilizados como filtros de spin controlados por voltagem no desenvolvimento de dispositivos spintrônicos / Abstract: The aim of this work was to study the transport properties of nonmagnetic semiconductor heterostructures: double barrier diodes ¿ DBD. Our attention was focused on the carrier spin polarization through the structure. First we present the phenomenology behind the carrier transport and how the DBD can act as a spin filter. In the sequence, we present the experimental procedures. We combine optical and transport measurements to completely characterize the transport through the DBD. We present the results of the investigation of a p-i-p and a p-i-n symmetric GaAs/AlAs DBD under a magnetic field. For both diodes, we show that the tunneling processes through the DBD associated to Zeeman effect can result in the selection of the carriers spin. For the p-i-p sample, we also report a modulation of the spin-splitting energy by an external bias which is an experimental evidence of coupling between the electric field and the spin degree of freedom of carriers. These results demonstrate that a nonmagnetic DBD can be used as a voltage-controlled spin filter for the development of spintronic devices / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Neste trabalho, apresentamos estudos sobre o magnetotransporte em um sistema de bicamadas com uma rede de antipontos triangulares em campos magnéticos baixos sob a aplicação de campos elétricos externos, que são produzidos por voltagens de porta. A bicamada é feita em poços quânticos largos (wide quantum well) de alta densidade eletrônica, formado em heteroestruturas semicondutoras de AlxGa1xAs=GaAs. Oscila- ções magneto-inter-sub-banda (MIS) são observadas em poços quânticos largos de alta densidade eletrônica com duas sub-bandas ocupadas. Estas são originadas pelo espalhamento inter-sub-bandas e tem um máximo para campos magnéticos B que satisfazem a condição de alinhamento entre os leques dos níveis de Landau de cada sub-banda. Oscila- ções de comensurabilidade são observadas na magnetoresistência que é sensível ao arranjo do potencial dos antipontos. A aplicação de campos elétricos faz diminuir o número de oscilações na magnetoresistência para campos magnéticos compreendidos entre 0; 1T e 0; 4T, observando-se uma transição das oscilações MIS aos efeitos de comensurabilidade. Aplicando voltagens de porta podemos variar a amplitude do potencial dos antipontos. / In this work, we present studying about magnetotransport in a bilayer system with triangular antidot lattices in low magnetic elds under the application of external electric eld. The bilayer forms inside a wide quantum well of high electron density in semiconductor heterostructures formed by AlxGa1xAs=GaAs. Magneto-inter-subband (MIS) oscillations are observed in a wide quantum wells of high electron density with two subbands occupied, and they are caused by intersubband scattering and have a maximum for a magnetic eld B that satises the alignment condition between the staircase of Landau level. Commensurability oscillations are observed in magnetoresistance, which is sensitive to the potential of antidot arrangements. The application of electric elds decrease the number of oscillations in the magnetoresistance for magnetic elds between 0; 1T and 0:4T, showing a transition of MIS oscillations to commensurability oscillations. We varied the amplitude of the potential of the antidots applying dierent gate voltages.

O presente trabalho é um estudo sobre a importância da informação dos orbitais atômicos no cálculo de propriedades optoeletrônicas de heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira parte, é estudada a simetria de reversão temporal no hamiltoniano k . p, analisando a preservação da informação de spin presente nos orbitais atômicos. O hamiltoniano obtido é inserido na equação de massa efetiva expandida para superredes. São calculadas estruturas de bandas de alguns poços quânticos de semicondutores III-V e grupo-IV. Compara-se o novo método com os tradicionais, e então são analisadas algumas grandezas que apresentam alteração significativa entre os métodos usados; A segunda parte é composta por um estudo detalhado do potencial de troca-correlação em semicondutores dopados. A matriz que descreve este potencial é escrita usando a distribuição de portadores presentes nos orbitais atômicos da rede cristalina, e os coeficientes desta matriz foram calculados usando quatro modelos para a correção de muitos corpos, baseadas nas aproximações LDA (Local density approximation) e LSDA (Local spin density approximation), com o objetivo de comparar as diversas parametrizações. Usando o método k . p tradicional, expandido para superredes, foram simulados sistemas δ-doped e hMni-δ-doped de Si, através de um cálculo autoconsistente baseado na equação de Poisson. A magnetização dos portadores é descrita por um modelo de campo médio. Foram analisados os perfis de potencial, estruturas de bandas, polarização de portadores e espectros de fotoluminescência para determinar as diferenças entre as aproximações utilizadas. / This work is a study about the atomic orbitals information importance in the calculation of optoelectronics properties of low dimensionality semiconductors. The work is divided in two parts. In the first one, a study of the time reversal symmetry of the k . p Hamiltonian is realized analyzing the preservation of the spin information present in the atomic orbitals. The obtained Hamiltonian is applied in the effective mass equation expanded to superlattices. Some calculations of quantum wells band structures are made using III-V and group-IV semiconductors, comparing the new method with the conventional ones to obtain an analysis of the difference of some physics properties. The second part is a detailed study of the exchangecorrelation potential in doped semiconductors. The matrix coefficients are calculated using the charge distribution of the crystalline lattice atomic orbitals, applied in some LDA (Local density approximation) and LSDA (Local spin density approximation) parameterizations to compare them. Using the conventional k . p method expanded to superlattices, Si δ-doped and hMni-δ-doped systems were calculated through a self consistent calculation based on Poissons equation. The carriers magnetization is described by an average field model. The potential profiles, band structures, carrier polarization and photoluminescence spectra were analyzed to obtain the difference between the approaches.

Neste trabalho apresentamos a determinação autoconsistente da constante de interação spin-órbita em heteroestruturas com duas sub-bandas. Como recentemente proposto, ao obter o hamiltoneano de um sistema com duas sub-bandas na aproximação de massa efetiva, constata-se a presença de um acoplamento inter-subbanda que não se anula mesmo em heteroestruturas simétricas. Apresentamos aqui as deduções teóricas que levaram à proposição desse novo acoplamento e mostramos o cálculo autoconsistente da intensidade do acoplamento e a comparamos com a intensidade do acoplamento Rashba, já amplamente estudado. Discutimos o método k.p e a Aproximação da Função Envelope e mostramos a obtenção do modelo de Kane 8x8 para semicondutores com estrutura zincblende. Aplicamos o método do \"folding down\'\' ao hamiltoneano de Kane isolando o setor correspondente à banda de condução. Escrevemos dessa forma um hamiltoneano efetivo para a banda de condução no contexto de um poço quântico com uma barreira. Através da projeção desse hamiltoneano nos dois primeiros estados da parte orbital verifica-se o surgimento de um acoplamento inter-subbanda. Finalmente escrevemos o hamiltoneano efetivo 4x4 que descreve as duas primeiras subbandas de um poço quântico e obtivemos seus autoestados e autoenergias. Finalmente fizemos o cálculo autoconsistente das funções de onda e energias de um gás de elétrons em poços quânticos simples e duplos através da aproximação de Hartree e a partir desses resultados determinamos o valor da constante de acoplamento Rashba e da nova constante inter-subbanda. Entre os resultados obtidos destacam-se o controle elétrico da constante de acoplamento inter-subbanda através de um eletrodo externo e um efeito de renormalização da massa efetiva que pode chegar até 5% em algumas estruturas. / In this work we present the self-consistent determination of the spin-orbit coupling constant in heterostructure with two subbands.As recently proposed, the effective hamiltonian for the conduction band in the effective mass approximation contains an inter-subband spin-orbit coupling which is non-zero even for symmetric heterostructures. We present the theoretical derivation which leads to this proposal and show a selfconsistent determination of the coupling constant. We also compare the magnitude of the new coupling constant with the usual Rashba coupling. Starting with a discussion of the k.p method and the Envelope Function Approximation (EFA) we show the derivation of the 8x8 Kane model for semiconductors with zincblende structure. We then apply the \"folding down\'\' method, isolating the conduction band sector of the EFA hamiltonian. By projecting this hamiltonian in the first two states of the orbital part, we find an effective 4x4 hamiltonian that contains an inter-subband spin orbit coupling. The eingenvalues and eigenvectors of this hamiltonian are shown and, specializing the model for single and double quantum wells, we self-consistently determine the inter-subband and Rashba coupling constants in the Hartree approximation. The results indicate the possibility of electrical control of the coupling constant and show an effective mass renormalization effect that can be up to 5% in some cases.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-02-07T13:36:07Z No. of bitstreams: 1 Thiago Conrado de Vasconcelos.pdf: 4646767 bytes, checksum: 61c228fc4590858e8ee056ac3909187e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T13:36:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago Conrado de Vasconcelos.pdf: 4646767 bytes, checksum: 61c228fc4590858e8ee056ac3909187e (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Throughout the latest years, the interest on Spintronics has increased. The principal purposes of the eld are to detect, manipulate, create and polarize spin currents. Within this topic, it is possible to emphasize the Spin Hall E ect(SEH) and the Inverse Spin Hall E ect(ISEH). In this dissertation, we analytically investigate the universal fluctuation of the conductance of the spin in a chaotic quantum point with chiral symmetry at low temperatures. We used random matrices theory and the expansion of the diagrammatic method for that purpose. We showed that when the chirality is broken, the universal fluctuation of the conductance dispersion is in the order of rms hGf sHi 0:18e=4 and that when there is the preservation of the chiral symmetry, the universal fluctuation of the conductance dispersion occurs in the order of rms [GqsH] 0:283e=4 which coincides with the literature. We also worked on ISEH, through the analytical analysis with the semi-classic expansion of the conductance and showed that in the semi-classic limit the relation rms [GqsH] = p2 rms hGf sHi is valid. / Ao longo dos últimos anos tem aumentado o interesse pelo estudo da spintrônica. O objetivo principal deste campo é detectar, manipular, criar e polarizar correntes de spin. Dentro deste tópico, se destaca o Efeito Hall (SHE) de Spin e Efeito Hall de Spin Inverso (ISHE). Neste trabalho investigamos analiticamente a flutuação universal da condutância de spin num ponto quântico caótico com simetria quiral a baixas temperaturas. Para isso, utilizamos a teoria de matrizes aleatória e a expansão do método diagramático. Mostramos que, quando a simetria de quiralidade é quebrada, a flutuação universal da condutância tem uma dispersão na ordem de na ordem de rms[GfsH] p2 0:18 e/4 e que, quando a simetria de quiralidade é preservada, a flutuação universal da condutância ocorre na ordem de rms[GqsH] 0.283 e/4 , o que está de acordo com a literatura. Em nosso trabalho também investigamos o (ISHE), por meio de uma análise analítica utilizamos a expansão semi-clássica da condutância e mostramos que no limite semi-clássico vale a relação rms[GqIsH] = p2 rms[GfIsH].