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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27060
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Aplicação do método dos elementos finitos no estudo da estrutura eletrônica e interação elétron-fônon em pontos quânticos |
Alternate title (s): | Application of the finite element method to the study of electronic structure and electron-phonon interaction in quantum dots |
Author: | Santos Junior, Damaso Ribeiro dos |
First Advisor: | Dantas, Noelio Oliveira |
First member of the Committee: | Marques, Gilmar Eugênio |
Second member of the Committee: | Schmidt, Tomé Mauro |
Summary: | Os pontos quânticos são nanoestruturas nanocristalinas, que possuem propriedades opto-eletrônicas diferentes das apresentadas por semicondutores bulk. Devido ao seu forte potencial para aplicações em dispositivos eletrônicos, têm sido intensamente pesquisados. Porém, o mais importante ingrediente para um estudo sistemático das propriedades ópticas e de transporte em pontos quânticos semicondutores é a determinação rigorosa da sua estrutura eletrônica e densidade de probabilidade. Deste modo, diferentes métodos e modelos teóricos tem sido usado para estudar o problema. Muitos deles, têm as seguintes limitações: não possuem flexibilidade quanto condições de contorno impostas; requerem um esforço computacional muito alto; possuem limitações quanto a tamanho do nanocristal; e principalmente a resolução para sistemas quânticos de baixa simetria é muito complexa ou não é possível; Entretanto, o método dos elementos finitos (MEF) é um poderoso e flexível modelo teórico, que pode ser aplicado sem as limitações ou dificuldades de implementação que existem em outros métodos. Deste modo, desenvolveu-se, pelo MEF, o tratamento da estrutura eletrônica de pontos quânticos de diferentes formas geométricas (esféricos, elipsoidais, tipo-lente, cônicos e discos quânticos), na presença ou ausência de um campo magnético externo. A equação de Schrõdinger foi discretizada por meio do método dos resíduos ponderados de Galerkin com uma malha não uniforme de elementos triangulares. Aplicou-se esse método e calculou-se as taxas de espalhamento dos portadores devido ao acoplamento com fônons acústicos em pontos quânticos. Têm-se considerado dois mecanismos de interação entre os portadores e os modos acústicos: acoplamento piezelétrico e por deformação de potencial. Encontrou-se que a forma geométrica do nanocristal tem forte influência na estrutura eletrônica e taxas de espalhamento eletrônico, via interação elétron-fônon por fônons acústicos. Encontrou-se que as propriedades físicas de pontos quânticos de semicondutores podem ser manipuladas por meio de mudanças no seu tamanho e/ou sua forma. Para um dado volume de ponto quântico, a energia do elétron aumenta com uma redução da sua simetria. Osefeitos do campo magnético são também fortemente modificados pelo tamanho e forma do nanocristal. Isto é atribuído aos efeitos, da competição de confinamento quântico, introduzidos pela barreira de potencial e campo magnético aplicado. |
Abstract: | The quantum dots are nanocrystals structures, which allows differents optoeletronics properties from its bulk structure. These properties bring potential uses for applications in electronic devices, they have been intensely researched nowadays. However, the most important íngredient for a systematic study of the optical and transport properties in semiconductors quantum dots is the rigorous determination of its electronic structure and density of probability. In this way, different methods and theoretical models have been used to study its problem. Many of them, have the following limitations: no flexibility in the treatment of boundary conditions; high computational effort; limitations due to the nanocrystal size, and mainly, the resolution for low symmetry quantum systems is very complex or not possible. However, the finite elements method (FEM) is a powerful and flexible theorical tool, which can be applied without the limitations or implementation difficulties that exist in other methods. In this way, it was developed, by means of FEM, a theoretical treatment of the electronic structure several quantum dot geometries (spherical, ellipsoidal, lens, conical and cylindrical), in presence or absence of an externai magnetic field. The Schrõdinger equation was driscreticized by means of the Galerkin's weighted residue method with a non-uniform mesh of triangular elements. In this context the FEM was applied to calculate the electron scattering caused by its interaction with acoustic phonons. It is considered two mechanism of interaction: piezoelectric and the deformation potential coupling. It was found that the nanocrystal geometry shape has a strong influence in the electronic structure and electron-phonon scattering rates. Results show that the physical properties of semiconductor quantum dots can be easily controlled by manipulation of size or geometrical shape. For a specific volume of a quantum dot, the electron energy increases with a symmetry reduction. The magnetic field effects are also strongly modified by the size and shape of the nanocrystal. This is attributed to the interplay of magnetic and spatial confinement effects. |
Keywords: | Pontos quânticos Nanoestruturas nanocristalinas Dispositivos eletrônicos Estudo sistemático |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Física |
Quote: | SANTOS JÚNIOR, Damaso Ribeiro dos. Aplicação do método dos elementos finitos no estudo da estrutura eletrônica e interação elétron-fônon em pontos quânticos. 2004. 124 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2004.22 |
Document identifier: | http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2004.22 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27060 |
Date of defense: | 2004 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Física |
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