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Title in Portuguese: Confinamento em fios quânticos semicondutores
Author: Chaves, Andrey
Advisor(s): Farias, Gil de Aquino
Issue Date: 2007
Citation: CHAVES, A. Confinamento em fios quânticos semicondutores. 2007. 99 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007.
Abstract in Portuguese: Avanços nas técnicas de crescimento têm tornado possível a fabricação de estruturas semicondutoras unidimensionais em escala nanométrica, chamadas de fios quânticos. O interesse nestas estruturas tem crescido bastante, devido a suas aplicações em dispositivos eletrônicos e também devido a sua química ser facilmente manipulável. Em particular, trabalhos experimentais têm mostrado o crescimento de fios quânticos coreshell e de fios semicondutores com uma heteroestrutura longitudinal. Neste trabalho estudamos as propriedades excitônicas de fios quânticos cilíndricos Si/Si1¡xGex core-shell, considerando duas possibilidades para o alinhamento da banda de condução: tipo-I, onde elétrons e buracos estão confinados no mesmo material, e tipo-II, onde os portadores estão separados espacialmente. Usamos um Hamiltoniano que leva em conta a existência de interfaces graduais entre materiais. No tipo-I, observamos que a energia do exciton é fracamente afetada pela presença do campo magnético, principalmente para pequenos raios do fio. Já para o tipo-II, o aumento da intensidade do campo magnético leva a transições quase periódicas no momento angular do elétron, o que gera oscilações de Aharonov-Bohm na energia do exciton. Também investigamos teoricamente como a existência de interfaces graduais pode afetar o confinamento em fios quânticos com heteroestruturas GaAs/GaP e InAs/InP ao longo de seus eixos de crescimento. Nossos resultados mostram que, à medida em que o raio do fio diminui, o potencial efetivo que atua sobre um portador pode forçar sua localização nas barreiras. Quando consideramos interfaces graduais entre os materiais que compõem a heteroestrutura, este potencial efetivo adquire uma forma peculiar, gerando pequenos poços nas interfaces, capazes de confinar os portadores nesta região.
Abstract: Advances in growth techniques have made possible the fabrication of one-dimensional semiconductor nanometric structures, named quantum wires. There has ben an increasing interest in such structures, due to their applicability in electronic devices and also because their chemistry is easily manipulated. In particular, experimental works have reported the growth of core-shell quantum wires and semiconductor wires with longitudinal heterostructures. In this work, the excitonic properties of cylindrical Si/Si1¡xGex core-shell quantum wires are studied, considering two possibilities for the conduction band alignment: type-I, where electrons and holes are confined at the same material, and type-II, where these carriers are spatially separated. We use a Hamiltonian which takes into account the existence of non-abrupt interfaces between materials. For type-I, it is observed that the exciton energy is weakly affected by the presence of a magnetic field, especially for smaller wire radii. For type-II structures, increasing the magnetic field intensity leads to almost periodic changes on the electron angular momentum, which yields to Aharonov-Bohm oscillations on the exciton energy. We also investigate theoretically how the existence of graded interfaces may affect the confinement of carriers in cylindrical GaAs/GaP and InAs/InP quantum wires with single heterostructures along the wire axis. Numerical results show that, when abrupt interfaces are considered, as the wire radius becomes thinner the effective potential acting on a carrier might induce its longitudinal localization at the barriers. However, considering smooth interfaces, this effective potential acquires a peculiar form, in which electron and hole states may be confined inside traps formed at the interfacial regions.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/850
metadata.dc.type: Dissertação
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