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Previous issue date: 2011-08-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese, é feito um estudo teórico sobre as propriedades de transporte de elétrons e de emissão de um feixe coerente de fônons com frequências na faixa de terahetz, conhecido como saser, a partir de um dispositivo semicondutor de dimensões nano-métricas, formado por uma heteroestrutura de dupla barreira (HDB) e controlado por um potencial externo. O sistema é descrito por um hamiltoniano na aproximação de tight-binding no qual são incluídos as contribuições dos elétrons, dos fônons e das interações elétron-fônon e elétron-elétron. Para o estudo das propriedades de transporte eletrônico, utilizou-se do formalismo de Keldysh que considera, de forma direta, as interações de muitos corpos com a finalidade de reduzir uma corrente de elétrons fora do equilíbrio a uma que depende das funções Green retardadas que estão em equilíbrio termodinâmico a uma dada temperatura. Um procedimento conhecido como dizimação é empregado repetidamente ao longo deste trabalho para a obtenção das funções de Green retardadas.
Para o estudo das propriedades de emissão dos fônons TA, são utilizadas as soluções das equações cinéticas que governam as populações dos elétrons nos dois primeiros níveis ressonantes e dos fônons dentro do poço. O perfil de energia potencial e a distribuição de cargas são calculados auto-consistentemente através de um sistema de equações no qual se inclui a equação de Poisson. Verificaram-se nos resultados as conhecidas regiões de instabilidade no início da emissão dos fônons LO e de biestabilidade no final do segundo pico da corrente. Uma análise sobre o comportamento destas regiões é feita através de mudanças nos parâmetros da HDB. A influência da temperatura sobre o saser também é estudada. A baixa temperatura, os resultados encontrados aqui coincidem com aqueles existentes na literatura. / In this thesis, we study theoretically the transport properties of electrons and emission of a coherent beam of TA phonons with terahetz frequencies, known as saser, from a semiconductor device of nanometric dimensions formed by a double barrier heterostructure and controlled by an external potential. The system is described by a Hamiltonian in the 'tight-binding' approximation in which the electrons, the phonons, the electron-phonon and the electron-electron interactions contributions are included.
To study the electronic transport properties we use the Keldysh formalism, which directly considers the many body's interactions, to reduce the flow of electrons out of equilibrium to one that depends on the retarded Green functions that are in the thermodynamic equilibrium at a given temperature. A procedure known as decimation is used repeatedly throughout this work to find such retarded Green functions.
To study the emission properties of the TA phonons, we solve the kinetic equations that govern the populations of electrons in the first two resonant levels and the phonons in the well. The potential profile and the charge distribution energy are calculated self-consistently, through a system of equations which includes the Poisson equation. We verify in our results the well known regions of instability at the beginning LO phonon emission and bistability at the end of the second peak current. We analyze the behavior of these regions through the change in the barriers thickness of the HDB. A study of the influence of temperature on saser is carried out in this work. At low temperatures, our results coincide with those in the literature.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/5344 |
| Date | 19 August 2011 |
| Creators | Guarnieri, Leandro de Castro |
| Contributors | Anjos, Virgílio de Carvalho dos, Makler, Sergio Saul, Lima, Ivan da Cunha, Egues, José Carlos, Villas-Boas, José Maria |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Física, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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