Publicação: Estudo de interfaces entre isolantes topológicos e semicondutores
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
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Resumo
Física da matéria condensada é uma área muito diversificada da física, com estreita ligação com matemática e com descobertas com grande potencial para aplicações e inovações tecnológicas. Isolantes topológicos são sistemas em física da matéria condensada que apresentam essas características, apresentam estados protegidos por simetria e estão localizados na interface com isolantes triviais. Nessa Tese buscamos compreender o comportamento desses materiais, isolantes topológicos, quando esses formam interfaces e heteroestruturas com diferentes semicondutores triviais. Analisamos como esses estados de borda são afetados devido a interação desses materiais nessas novas estruturas. Analisamos interfaces e heteroestruturas formadas a partir do isolante topológico Bi2Se3 com semicondutores III-V. Observamos como os estados são alterados devido a interação com o substrato. As estruturas eletrônicas desses sistemas foram investigadas no intuito de entender as consequências físicas da topologia de bandas não-trivial nos estados de Bloch de bulk e de superfícies/interfaces. Para estudarmos as propriedades eletrônicas, utilizamos cálculos de primeiros princípios fundamentados na teoria do funcional da densidade (DFT). Para uma melhor compreensão dos fenômenos físicos envolvidos utilizamos também modelo hamiltoniano efetivo de baixa energia. Verificamos que vários fenômenos interferem nas propriedades dos estados de interface, como por exemplo, transferência de carga, polarização devido ao tipo de terminação atômica do semicondutor, entre outros. Devido a hibridização dos estados topológicos com estados do isolante trivial, as velocidades de Fermi e as texturas de spin dos estados protegidos são afetadas.
Abstract
Condensed matter physics is a very diverse area of physics, closely linked to mathematics and with discoveries with great potential for applications and technological innovations. Topological insulators are systems in condensed matter physics that present symmetry protected topological states at the interface with trivial insulators. In this thesis we seek to understand the behavior of these materials, topological insulators, when they form interfaces and heterostructures with distinct semiconductors. We analyze how these surface states are affected due to the interaction of these materials in these new structures. We analyzed interfaces and heterostructures formed from topological insulator Bi2Se3 with III-V semiconductors. The electronic properties are computed using first principles calculations based on the density functional theory (DFT). For a better under standing of the physical phenomena involved we also used a low energy effective Hamiltonian model. We verified that the topological states are affected by the interface trivial material. Charge transfer, trivial interface polarization, internal electric field are some of the effects that affect the protected interface states. We also observe that the topological states Fermi velocities as well the spin textures are strongly modified due to the hibridization of the topological states with trivial states at the interface.
Palavras-chave
Isolantes Topológicos, Topological, Semicondutores, Insulator, Cone de Dirac, Dirac, Interação Spin Órbita, time reversal, Polarização, symmetry, Seleneto de Bismuto
Citação
FREITAS, Walter Andrade de. Estudo de interfaces entre isolantes topológicos e semicondutores. 2019. 89 f. Tese ( Doutorado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.376.
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