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Propriedades eletrônicas de nanofios semicondutores; Electronic properties of semiconductor nanowires
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#Computational physics#Estrutura dos sólidos#F´sica computacional#Properties of the solids#Propriedades dos sólidos#Structure of the solids
No presente trabalho, efetuamos um extensivo estudo das propriedades eletrônicas e estruturais de nanofios de silcio (Si NWs) utilizando simulações computacionais totalmente ab-initio (metodo do DFT). Mostramos que nestes sistemas, diferentes facetas podem ser eletronicamente ativas ou inativas nos estados de borda dependendo apenas da maneira como os átomos de superfície se ligam aos átomos mais internos. Estes efeitos são causados pelo confinamento quântico nos fios, e por isso podem ser estendidas para outros tipos de fios semicondutores. Nossos resultados podem ser utilizados para guiar o processo de manufatura de sensores baseados em nanofios. Efetuamos cálculos ab-initio de transporte eletrônico nos nanofios com radicais de NH2 adsorvidos em diferentes facetas. Estas análises indicam que há diferenças entre a resposta do sistema a perturbações em superfícies distintas que são eletronicamente ativas. Em certas circunstâncias que serão discutidas, o nível de impureza gera centros espalhadores que reduzem o transporte eletrônico de maneira mais uniforme, enquanto em outros casos as quedas na transmitância são extremamente agudas, com perfil lembrando ressonâncias de fano. Investigamos ainda dopagem de Si NWs com boro e fósforo. Mostramos que estas impurezas se distribuem de maneira razoavelmente uniforme em sítios internos e superficiais dos fios. Embora o confinamento quântico tenda a tornar os níveis de impureza significativamente mais profundos nos fios que no cristal de Si...
Magnetopolarons em heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade.; Magnetopolaron in low dimensional semiconductors heterostructures.
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#Cyclotron resonance#Efeito Zeeman#Electron-phonon interaction#Fio quântico#Fônons interfaciais ópticos#Impurezas doadoras em semicondutores#Impurity donor in a semiconductor#Interação elétron-fonon#Interfacial optical phonon#Polaron#Polaron
Nós calculamos o efeito da interação elétron-fonons longitudinais óticos (LO) sobre a energia de transição ls → 2p+ entre os níveis de uma impureza doadora, localizada em um poço quântico de GaAs-AlxGa1-xAs. Nossos resultados para a energia de transição em função do campo magnético aplicado mostram claramente, que a saturação da energia de transição (efeito pinning) ocorre na energia dos fônons LO, em boa concordância com recentes dados experimentais. Obtemos também a massa de cíclotron de polarons confinados em fios quânticos quase-unidimensionais, com potencial de confinamento parabólico. Observamos que o comportamento da massa é diferente daquele para sistemas bi-dimensionais e que esta diferença é maior quanto maior o potencial de confinamento. Para a heterojunção de GaAs-AlGaAs e GaAs-GaSb, investigamos a importância da interação elétron-fonons interfaciais sobre a massa de cíclotron. Verificamos que a contribuição dos fonons interfaciais é fundamental nas regiões próximas às resonâncias, onde domina o espectro. Finalmente, calculamos a energia de ligação de uma impureza hidrogenóide, localizada no centro de um ponto quântico circular de GaAs-AlGaAs. Na ausência de campo magnético aplicado...
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Nanowires de InP: cálculo do espectro de absorção via método k.p; InP nanowires: absorption spectrum calculation via k.p method
#k.p method#Absorção#Absorption#GPU#GPU.#InP nanowires#Método k.p#Nanofios de InP
Nos últimos anos, os avanços nas técnicas de crescimento de semicondutores permitiram a fabricação de nanoestruturas isoladas de alta qualidade e com confinamento radial. Essas estruturas quase unidimensionais, conhecidas como nanowires (NWs) têm aplicações tecnológicas vastas, tais como nano sensores químicos e biológicos, foto-detectores e lasers. Seu uso em aplicações tecnológicas requer a compreensão de características óticas e eletrônicas e um estudo teórico mais profundo se faz necessário. O objetivo desse estudo e calcular teoricamente o poder de absorção para NWs de InP e comparar os resultados para as fases cristalinas zincblende (ZB) e wurtzita (WZ) nas suas direções de crescimento equivalentes. Usamos neste estudo a formulação do método k.p que descreve as duas fases cristalinas em um mesmo Hamiltoniano, a aproximação da função envelope e a expansão em ondas planas. O poder de absorção foi calculado a partir das transições entre as bandas de valência e condução através da regra de ouro de Fermi. Mesmo o método k.p sendo o menos custoso computacionalmente, quando comparado com seus correspondentes ab initio, o tamanho das matrizes envolvidas nos cálculos pode ultrapassar a barreira dos giga elementos. Para lidar com essas matrizes...
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#Mecânica quântica#Ligação de hidrogenio#Pontes de hidrogênio#Espectros vibracionais
Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE; O efeito de confinamento quântico é proposto neste trabalho como a causa do deslocamento do espectro vibracional de grupos moleculares sob a formação de ligação de hidrogênio. Essa ligação deve impor uma barreira ao hidrogênio e impedir que ele tenha liberdade no seu movimento oscilatório. O objetivo é estudar as transições vibracionais dos grupos moleculares NH e OH quando estão livres (sem a formação da ligação de hidrogênio) e quando estão confinados (sob a formação da ligação de hidrogênio). As vibrações dos grupos unidos por ligações de hidrogênio têm caráter altamente direcional, portanto utiliza-se o potencial de Morse unidimensional para descrever os sistemas estudados. As autoenergias são obtidas via método variacional. As autofunções utilizadas nesse método são obtidas por meio da Mecânica Quântica Supersimétrica (MQS). Para chegar à energia emitida/absorvida pelo grupo, calcula-se a energia do estado fundamental (n=0) e de estados excitados (n=1, para NH e OH, e n=2, para o OH). A diferença entre os níveis fornece a energia cedida/recebida pelo grupo. Os resultados do caso livre e do caso confinado são comparados entre si e posteriormente com os dados experimentais. A partir dos resultados obtidos pode-se inferir que o confinamento quântico é suficiente para descrever o deslocamento do espectro observado; The quantum confinement is proposed to describe the displacement of the vibrational spectrum of molecular groups in hydrogen bond. The specifically main point of this work is to study the vibrational transitions of molecular NH and OH groups when they are free (without the formation of hydrogen bonding) and when they are confined (when there is formation of hydrogen bonding). The one-dimensional Morse potential is used to describe the systems studied. The energy eingenvalues are obtained via variational method. The trial eigenfunctions used are obtained by of supersymmetric quantum mechanics (MQS) formalism. The energy emitted/absorbed is obtained by calculating the energy of the ground state (n = 0) and the excited states (n = 1 to NH and OH and n = 2 for OH). The difference between levels provides the energy emitted/absorbed by a specific group. The results of free case and confined case are compared with the experimental data. From the results obtained it can be inferred that the quantum confinement is sufficient to describe the shift of the spectrum
Estudo de confinamento quântico em semicondutores II-VI : poços quânticos e pontos quânticos
Publicado em 18/07/1995 PT
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#Semicondutores#Poços quânticos#Física matemática
Apresentamos nesta dissertação o estudo de confinamento quântico em estruturas de semicondutores do grupo II-VI, poços quânticos e pontos quânticos. Para os poços quânticos apresentamos medidas de absorção intersubbanda fotoinduzida em poços quânticos múltiplos de HgCdTe não dopados. Fotoexcitamos elétrons necessários para observar esta transição. As energias de transição são bem descritas pelo modelo completo 8 x 8 k·p de Kane. Mostramos que para simular os resultados experimentais é necessário considerar massas efetivas no plano diferentes para cada subbanda. Cálculos da força do oscilador mostram uma concordância com as medidas experimentais. Estudamos o efeito de confinamento quântico em pontos quânticos de CdTe através de medidas de absorção óptica, Espectroscopía de fotoluminescência e fotoluminescência de excitação. Mostramos que com as medidas de fotoluminescência de excitação fomos capazes de observar o espectro de absorção de apenas um certo tamanho de ponto quântico dentro da distribuição de tamanho dos mesmos. Utilizando modelos mais elaborados e precisos, baseados na aproximação k·p de Kane, obtivemos resultados que descrevem muito bem as medidas experimentais de Espectroscopía de fotoluminescência de excitação.; In this work we present a study of quantum confinement in semiconductor structures of the group II-VI...
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#Fenômenos de relaxação#Técnica de impulsos (Eletrônica)#Espectroscopia de laser
Estudamos os fenômenos ultrarápidos em Pontos Quânticos (PQs) de CdTe em Vidros Borosilicatos usando técnicas laser de pulsos curtos (femtossegundos). Em medidas de Espectroscopia Diferencial de Transmissão Resolvida no Tempo observamos deslocamentos para o infravermelho dos espectros. Para a interpretação dos dados estudamos a Estrutura Eletrônica do CdTe com Confinamento Quântico zero dimensional (0-D). Estabelecemos que o processo responsável pelo fenômeno é a relaxação intrabanda entre os estados discretos do material. Estudamos e modelamos este e outros processos para uma discussão exaustiva. Medimos também diretamente os tempos ultracurtos de relaxação da absorção para diferentes tipos de amostras. As amostras que apresentam bandas de luminescência no infravermelho têm resposta mais rápida que as que não a apresentam. Os processos ultrarápidos das que têm essas bandas são devidos à captura dos portadores por estados de armadilhas profundas. As outras apresentam bandas de absorções induzias, diferentes dos "bleachings" das primeiras. A diferença é devida ao efeito de fotoenegrecimento, que muda permanentemente a dinâmica dos PQs por exposição prolongada dos mesmos ao feixe óptico de excitação. Estudamos a passagem das amostras "frescas" para as que se estabilizam...
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Caracterização óptica de pontos quânticos de CdTe em matriz vítrea
Marcela Leal Redígolo
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#Semicondutores - Propriedades óticas#Análise espectral#Microscopia eletrônica
Nos últimos anos, os efeitos de confinamento quântico em nanocristais semicondutores têm atraído um interesse significante devido as suas novas propriedades ópticas e também o grande potencial para aplicações em dispositivos fotônicos. Nesta dissertação, nós estudamos as propriedades ópticas, dependentes da distribuição de tamanhos, de nanocristais semicondutores (ou pontos quânticos) em matriz vítrea. Discutimos os efeitos de confinamento quântico destes nanocristais através de medidas ópticas como absorção, fotoluminescência(PL) e fotoluminescência de excitação (PLE), em função da temperatura da amostra. Os espécimes estudados são pontos quânticos de Telureto de Cádmio(CdTe), crescidos através de processos de tratamento térmico. Os resultados experimentais para os espectros de absorção são comparados ao espectros calculados considerando as transições de energia de um modelo esférico k-p. O alargamento inomogêneo, devido à distribuição de tamanhos dos pontos quânticos, e o alargamento homogêneo, devido principalmente à interação elétron-fônon, também foram considerados nos cálculos. Comparando os espectros medidos e calculados os resultados mostram que o alargamento homogêneo aumenta à medida que diminui o raio do nanocristal...
Medidas de lente térmica em vidros borossilicato com pontos quânticos de CdTe; Thermal lens measurenments in quantum dots borossilicate glasses
#Lente termica#Vidro#Pontos quanticos#Thermal lens#Gass#Quantum points
Os vidros dopados com semicondutores são objeto de grande interesse como materiais ópticos não lineares e estudos intensivos acerca dos efeitos de confinamento quântico e não linearidade ótica tem sido realizados. Apesar do grande interesse nas propriedades óticas desses materiais, os dados térmicos e opto-térmicos são ainda escassos e raros. Neste trabalho utilizamos a espectroscopia de lente térmica na configuração de modo descasado para determinar a difusividade térmica e o comportamento do coeficiente de temperatura do índice de refração dn/dT em amostras de vidros de borossilicato dopados com CdTe. As amostras estudadas foram vidros tratados termicamente a 540oC para períodos de 20, 65, 150, 255, 300, 360 e 480 min. Também foram realizados espectros fotoacústicos com estas amostras. Para os espectros fotoacústicos notamos que as amostras tratadas para 20 e 65 min são quase transparentes na faixa do visível, apresentando banda de absorção no ultra-violeta, característica de dielétricos tais como esses vidros. Para amostras tratadas a 150 min ou mais, aparece uma banda de absorção adicional no visível, e que se desloca para comprimentos de onda mais longos com o tempo de tratamento. Esta banda é consequência dos efeitos de confinamento quântico do elétron...
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Pontos quânticos coloidais de semicondutores : sínteses, caracterizações e aplicações; Semiconductor colloidal quantum dots : synthesis, characterizations and applications
#Pontos quânticos#Marcadores fluorescentes#Ótica não-linear#Quantum dots#Fluorescent markers#Nonlinear optics
Pontos Quânticos (PQs) são nanocristais (mais comumente compostos de materiais semicondutores) cujo tamanho é menor do o raio de Bohr de seu éxciton. Devido às suas dimensões reduzidas ocorre confinamento quântico dos portadores de carga que confere aos PQs propriedades ópticas diferentes do material bulk e que podem ser ajustadas através do tamanho. A relativa facilidade de ajuste das propriedades ópticas do material, conforme desejado, faz dos PQs excelente candidatos a uma infinidade de aplicações. Este trabalho, focado em PQs coloidais, explora três frentes do estudo destas nanoestruturas. Primeiro, discutimos os métodos de fabricação destes materiais e como atingir as propriedades ópticas desejadas. Os resultados experimentais de fabricação contemplam duas técnicas: um método aquoso e a fabricação de PQs coloidais por ablação a laser, síntese relativamente nova, mas que apresentou resultados muito promissores, como a obtenção de PQs de CdTe fluorescentes encapados com tiol e o sucesso na síntese de PQs de vários outros materiais usando a mesma montagem experimental. A segunda frente de trabalho desta tese lida com as aplicações biológicas dos PQs. O vasto histórico de colaborações na área das ciências da vida de nosso grupo de pesquisa motivou as aplicações de nossas amostras para este fim. São apresentados estudos de PQs de CdTe utilizados como marcadores fluorescentes em parasitos vivos...
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Lanthanide oxide nanotubes and nanorods: synthesis, processing, luminescence and catalytic properties
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#Física#Lantanídeos#Luminescência#Propriedades ópticas#Nanotubos
Esta tese relata estudos de síntese, caracterização da estrutura e das propriedades de fotoluminescência e aplicações de nanotubos e nanobastonetes de óxidos de lantanídeos em pontas para microscopia de força atómica, catálise heterogénea e compósitos de base polimérica. Há um interesse crescente em compreender como o confinamento quântico decorrente da redução do tamanho de partícula pode influenciar a eficiência da luminescência, a dinâmica dos estados excitados, a transferência de energia e os efeitos de termalização de nanoluminóforos. Em nanocristais dopados com lantanídeos (Ln3+), e apesar da localização dos estados 4f, ocorrem efeitos de confinamento quântico via interacção com os modos vibracionais da rede. Em particular, a termalização anómala, descrita para uma variedade de nanocristais dopados com Ln3+, tem sido atribuída à ausência de modos vibracionais de menor frequência. Este nanoconfinamento pode ter impacto na dinâmica da luminescência, bem como na transferência de energia mediada por modos vibracionais e processos de upconversion. Nesta tese, relata-se o estudo deste efeito em nanotubos de Gd2O3:Eu3+. A influência de parâmetros como a concentração de európio e as condições de calcinação também foi investigada. Algumas aplicações destes óxidos de lantanídeos também foram exploradas...
Considerações sobre a origem da emissão luminosa de Nanocristais de Si em Matriz de SiO2
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Resumo: Sistemas nanoestruturados de Si tem sido alvo de intensos estudos e discussões no meio científico devido às suas propriedades eletrônicas e ópticas, as quais produzem luminescência no visível, iferentes das apresentadas pelo Si bulk. O presente trabalho traz considerações a respeito de tal luminescência e visa contribuir com as discussões a respeito de sua origem apresentando um estudo detalhado da emissão luminosa de nanocristais Si obtidos pela técnica de implantação iônica de íons de silício (Si+) em matriz de dióxido de silício (SiO2). Utilizando diferentes técnicas ópticas (fotoluminescência em função da temperatura, fotoluminescência resolvida no tempo e excitação de fotoluminescência), um modelo de confinamento esférico e um modelo semi-empírico proposto por Varshni em 1967 para a variação de gap do Si bulk, comparamos os aspectos observados experimentalmente para as emissões envolvidas na luminescência com o comportamento esperado para recombinações banda-a-banda (estados sob confinamento) do nosso sistema. Para nanocristais de diâmetro iguais de 3 nm (diâmetro obtido por microscopia de transmissão de elétrons para nossa amostra) os modelos teóricos descrevem com razoável precisão a energia de luminescência em função da temperatura observada para a emissão mais intensa em maiores energias do espectro de fotoluminescência a baixas temperaturas e as energias dos estados excitados identificados pela técnica de excitação de luminescência. No entanto para altas temperaturas...
Efeitos interfaciais em heteroestruturas quânticas nô-abruptas: GaAs/ALxGa1-xAs
Ferreira, Eraldo Costa
#Heteroestruturas#Interfaces#Semicondutores#CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Um minuncioso estudo das propriedades de confinamento em heterostructuras bidimensionais(poços quânticos) GaAs/AlxGa1_xAs, com interfaces graduais é realizado. Um modelo teórico que represente bem a variação da fração molar do alumínio nas interfaces, resultante do aparecimento de micro-rugosidades e ilhas durante os processos de crescimento e recozimento pós-crescimento da amostra, é elaborado. Vários perfis desta fração molar de alumínio nas interfaces são considerados. Soluções analíticas da equação de Schrodinger, na aproximação da massa efetiva constatne nas interfaces, resultando em equações transcendentais, que possibilitam a obtenção dos níveis de energia dos portadores, decorrentes do seu confinamento quântico, são apresentadas. Energias de ligação e de confinamento de excitons 2D, utilizando-se um método analítico e numerérico e a aproximação do potencial efetivo, são também calculadas. Resultados numéricos para os níveis de energia dos portadores e para as energias de ligação e de confinamento dos excitons 2D, em poços quânticos GaAs/Al0.35Ga0.65As não-abruptos, sem e com a presença de campo elétrico aplicado para vários perfis interfaciais da fração de molar, são mostrados. Para a obtenção desses resultados...
Fabricação e caracterização de vidros dopados com quantum dots de PbTe
#Semicondutores - Dopagem#Vidros óticos#Ótica não-linear
Neste trabalho, fazemos a descrição e a análise do método utilizado na fabricação de vidros dopados com quantum dots de PbTe e das técnicas de caracterização que foram usadas para estudar as propriedades destes vidros. Foram preparadas matrizes vítreas borosilicato dopadas com 2% de PbTe, matrizes fosfato e matrizes à base de óxido de telúrio dopadas com 5 e 10% de PbTe respectivamente. A caracterização doi realizada fazendo uso das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão de alta resolução (HRTEM), análise térmica diferencial (DTA), análise termomecânica (TMA). Espalhamento de raios-x em baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de absorção linear. A aplicação desta técnicas nas matrizes borosilicatos permitiram estabelecer os tratamentos térmicos adequados para o desenvolvimento dos quantum dots semicondutores com estreita distribuição de tamanho, o mecanismo de crescimento e o estudo dos efeitos de confinamento quântico. Os resultados mostraram que aplicando tratamentos térmicos simples na matrizes borosilicato é possível desenvolver quantum dots de PbTe com dispersão de tamanho de até 8%. O crescimento destes nanocristais é governado pelo mecanismo de difusão controlada e a energia de ativação que caracteriza este processo é de 474 kJ/mol para a matriz BSZK e 133 kJ/mol para a matriz BSZPN. A análise das medidas SAXS e de espectroscopia de absorção mostraram que...
Publicado em 15/09/1995 PT
#Nonopartículas#Diodos de silício#Cristais de silício - Propriedades elétricas#Raman#Efeito de#Fotoluminescência
Neste trabalho propomos o crescimento e a caracterização de nanocristais de silício visando o estudo do efeito do confinamento quântico nas propriedades óticas e elétricas destes materiais. Baseados em resultados preliminares que mostraram evidências de confinamento quântico em diodos de tunelamento ressonante de silício, desenvolvemos um novo tipo de estrutura a qual denominamos "Silicon-lnterface Adsorbed Gas Superlattices'l (Si-IAG). Uma estrutura constituida por multicamadas de silício amorfo intercaladas com a exposição de gases, oxigênio e hidrogênio, na interface entre estas camadas. Estas amostras apresentaram fotoluminescência relativamente intensa na faixa do visível, e partículas de Si com dimensões da ordem de 3nm, como indicado por medidas de Espalhamento Raman. Para o desenvolvimento das amostras de Si-IAG, foi projetado e construído um sistema versátil de evaporação de silício em ultra alto vácuo (UHV), com o propósito de se obter as nanopartículas com dimensões controladas. Na caracterização das Si-IAG foram utilizadas principalmente Espalhamento Raman (ER), Fotoluminescência (PL) e Espectroscopia de Elétrons Auger (AES). Resultados mostraram a possibilidade de se fabricar e controlar nanocristais de silício...