AnÃis quÃnticos semicondutores ideais / Ideal semiconductor quantum rings
AUTOR(ES)
Diego Rabelo da Costa
FONTE
IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia
DATA DE PUBLICAÇÃO
08/08/2011
RESUMO
Nos Ãltimos anos, numerosos avanÃos alcanÃados nas tÃcnicas de crescimento de materiais deram origem à formaÃÃo de vÃrias heteroestruturas de semicondutores, onde se podem confinar elÃtrons e buracos em uma ou mais direÃÃes, atravÃs de barreiras de potencial. Muitos pesquisadores recentemente tÃm estudado estruturas de baixas dimensionalidades, tais como pontos e fios quÃnticos, devido à sua importÃncia em inÃmeras aplicaÃÃes tecnolÃgicas em dispositivos opto-eletrÃnicos como, por exemplo, LASERS, sensores biolÃgicos, diodos e transistores. Um exemplo interessante que à alvo de estudo nesse trabalho à a estrutura chamada anel quÃntico, uma estrutura de confinamento tridimensional obtida apÃs um processo de annealing no crescimento de pontos quÃnticos. No estudo das propriedades opto-eletrÃnicos de anÃis quÃnticos, à de grande importÃncia calcular os nÃveis de energia dos portadores de carga e as funÃÃes de onda a fim de analisar os autoestados do sistema. Desse modo, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger independente do tempo para elÃtrons confinados em um anel quÃntico semicondutor na presenÃa de um campo magnÃtico, perpendicular ao plano do anel, utilizando a aproximaÃÃo da massa efetiva. Sob algumas aproximaÃÃes, consideramos que o confinamento dentro da regiÃo do anel à muito forte, tal que o problema à reduzido à variÃvel angular, onde a largura e altura contribuem somente com termos constantes para a energia total. Avaliamos numÃrica e analiticamente o problema do anel na ausÃncia de qualquer forÃa externa, obtendo o Efeito Aharonov-Bohm, no qual o espectro de energia oscila periodicamente com a variaÃÃo do campo magnÃtico. Estudamos tambÃm os efeitos de potenciais perturbativos no espectro de energia de anÃis quÃnticos. Primeiramente, consideramos o caso de um potencial gerado pela aplicaÃÃo de um campo elÃtrico no plano do anel. Encontramos soluÃÃes analÃticas e numÃricas para o problema do anel com e sem um campo magnÃtico axial. Mostramos que a presenÃa de campo elÃtrico ergue a degenerescÃncia angular dos estados de energia do elÃtron, suprimindo as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os nÃveis mais baixos de energia. Investigamos tambÃm as influÃncias no espectro de energia devido à presenÃa de uma ou mais impurezas positivas localizadas de maneira simÃtrica e assimetricamente ao longo do anel. Para N impurezas igualmente espaÃadas, observamos as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os estados de menor energia e a formaÃÃo de sub-bandas de energia compostas por N estados, enquanto para sistemas assimÃtricos o efeito nÃo foi visto e os estados que formam as sub-bandas nÃo mais se cruzam. De maneira anÃloga ao caso das impurezas, vimos que a presenÃa de superredes de poÃos de potenciais quadrados acopla os estados de energia em sub-bandas, devido à simetria rotacional do anel quÃntico. Analisamos tambÃm o comportamento das minibandas , formadas pelos estados ligados da superrede, com relaÃÃo ao confinamento do potencial e comparamos o espectro de energia com a variaÃÃo do campo magnÃtico para um e mais poÃos quadrados. Por fim, discutimos os efeitos no espectro de energia do exciton no anel quÃntico devido à presenÃa de um campo elÃtrico e de uma impureza negativa. Mostramos que os estados de mais baixa energia do exciton nÃo oscilam quando consideramos o potencial coulombiano de interaÃÃo elÃtron-buraco, mas a presenÃa de uma impureza em certas localizaÃÃes ergue as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm, que podem ser suprimidas pela adiÃÃo do campo elÃtrico no plano do anel. Expomos assim o comportamento instÃvel das oscilaÃÃes nas energias excitÃnicas na presenÃa de perturbaÃÃes.
ASSUNTO(S)
fisica da materia condensada semicondutores heteroestruturas anÃis quÃnticos semiconductors heterostructures quantum rings
