Publicação: Estudo dos efeitos de confinamento quântico em semicondutores
magnéticos e isolantes topológicos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
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Resumo
Nesta tese, utilizamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da
Densidade (DFT - Density Functional Theory) para estudar os efeitos de confinamento quântico
sobre semicondutores magnéticos e isolantes topológicos. Devido a variedade de sistemas
com estas classificações, selecionamos os pontos quânticos de InAs embebidos em nanofios de
InP e filmes ultrafinos de Bi(111). Para os pontos quânticos de InAs, mostramos que o acoplamento
ferromagnético Mn-Mn é mais forte que nos nanofios e bulk de InAs, e este é ainda
maior que no bulk de GaMnAs. A estabilização da fase ferromagnética é uma consequência
do forte acoplamento de troca p-d entre os estados 3d5 do Mn e os buracos ligados a impureza
magnética. Este sistema magnético é governado por interações de curto alcance, sendo o acoplamento
entre íons de Mn no mesmo ponto quântico bastante robusto, enquanto que para íons
em pontos quânticos vizinhos mais fraco. Para os filmes ultrafinos de Bi(111) mostramos que,
enquanto uma única bicamada de Bi é um isolante topológico 2D com condução topológica 1D,
poucas bicamadas de Bi é um isolante topológico 3D com estados de Dirac sobre a superfície e
condução topológica 2D
Abstract
In this thesis, we use first-principles calculations based on density functional theory to study
quantum confinement effects on magnetic semiconductors and topological insulators. Because
there are variety of systems with These classifications, we have selected InAs quantum dots
embedded in InP nanowires and Bi(111) ultrathin films. For InAs quantum dots, we show
that ferromagnetic coupling Mn-Mn is stronger than nanowires and InAs bulk, and this is still
higher than in GaMnAs bulk. The stabilization of the ferromagnetic phase is a consequence
of the strong p-d exchange between the Mn 3d5 states and the hole bound to the magnetic
impurity. This magnetic active system is governed mostly by short-range interactions in such
a way that the coupling between Mn ions at the same quantum dot is quite robust while Mn
ions at neighboring dots is weaker. For Bi(111) ultrathin films we showed that, while a single
Bi bilayer is a 2D TI with 1D topological conduction, few bilayers of Bi is a 3D TI, presenting
massless Dirac cone on the surface, with 2D topological conduction
Palavras-chave
Teoria do Funcional da Densidade, Semicondutores magnéticos, Ferromagnetismo, Isolantes topológicos, DFT, Nanostructures, Ferromagnetism, Topological insulators, Funcionais de densidade, Semicondutores
Citação
LIMA, Erika Nascimento. Estudo dos efeitos de confinamento quântico em semicondutores
magnéticos e isolantes topológicos. 2014. 110 f. Tese (Doutorado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.149