Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
TUNELAMENTO QUÂNTICO EM SISTEMAS DE BAIXA DIMENSIONALIDADE BASEADOS EM GaAs E GRAFENO
LUIS ISMAEL ASMAT LOPEZ
TESE
27/11/2013

O transporte de partículas carregadas através de tunelamento quântico é um tema atual e de grande interesse em sistemas da matéria condensada com dimensões reduzidas ou também chamados sistemas de baixa dimensionalidade (1D e 2D). O interesse atual e crescente é devido à miniaturização cada vez maior dos dispositivos eletrônicos e aos efeitos de interferência quântica associados com o tunelamento quântico. Esses efeitos podem levar para diferentes aplicações tecnológicas em dispositivos com transferência de informação em altas velocidades. Neste trabalho foram discutidos os processos de tunelamento quântico de quase-partículas (tipo elétrons ou tipo buracos) através de barreiras de potencial geradas em sistemas de baixa dimensionalidade. Nestes sistemas da matéria condensada fazemos um estudo sistemático das propriedades de transporte das quase-partículas em função das características das barreiras de tunelamento. Três tipos de tunelamento quântico existentes são abordados em sistemas de baixa dimensionalidade: tunelamento não ressonante, tunelamento ressonante e tunelamento de Klein. Os dois primeiros são estudados em heteroestruturas semicondutoras (baseadas em GaAs/AlGaAs) usando a equação de Schrödinger na aproximação da massa efetiva. Esta aproximação é usada para estudar as correntes de tunelamento através de sistemas formados por diodos de tunelamento ressonante (RTD) e tunelamento através do gás de elétrons bidimensional (2DEG) nanoestruturado. As correntes de tunelamento de Klein (análogo ao caso relativístico) são estudadas no Grafeno usando o método tight-binding na representação das sub-redes A e B, esta representação é associada diretamente com o análogo relativístico de pseudospin. Em geral, com estes estudos podemos entender a relação entre o tunelamento quântico e a dimensionalidade dos sistemas. Finalmente, foram usados esses estudos para abordar quatro temas interessantes ainda em aberto: ˆ A determinação de assinaturas de tunelamento elástico através de cruzamentos e anticruzamentos de estados eletrônicos usando resultados de densidade de corrente (J 􀀀 V), para moléculas artificiais. Encontramos aqui: fingerprints gerais de cruzamentos e anticruzamentos nas formas de linha das curvas J 􀀀 V e comportamentos específicos da condutância em função de confinamentos elétrico e magnético, os quais podem ser verificados experimentalmente em sistemas baseados nas nanoestruturas de GaAs. ˆ A competição entre o confinamento elétrico e magnético em redes artificiais bidimensionais, conhecidas como redes de antidots é usada para controlar de forma seletiva as bandas e estados eletrônicos gerados pela distribuição dos antidots e pela posição dos leads conectores. ˆ Uma otimização de correntes de tunelamento de Klein polarizadas em uma sub-rede, o qual é necessário devido à existência de uma relação inversa entre o tunelamento de Klein e a polarização de pseudospin. Aqui propomos sistemas baseados em fitas de Grafeno perturbadas com barreiras de potencial para serem usadas como filtros de pseudospin e para gerar uma redetrônica de correntes. ˆ Propomos uma espectroscopia da inversão da polarização do pseudospin, baseada na redetrônica de correntes. Usamos uma extensão desta espectroscopia para estudar a evolução degenerativa dos análogos relativísticos como o tunelamento de Klein, a inversão de pseudo-spin e a ausência de backscattering,deixando em evidência características do transporte das quase-partículas que não tem análogos relativísticos e nem análogos com os semicondutores convencionais. Efeitos da desordem e de imperfeições nos sistemas são incluídos para discutir a robustez de nossos resultados, assim como sua aplicabilidade em sistemas experimentais.

Tunelamento quântico. Interferência quântica. Moléculas mesoscópicas. Grafeno. Nanofitas. Análogos relativísticos
The transport of charged particles through the quantum tunneling is an actual object and of strong interest in the condensed matter systems with reduced dimensions or also called low-dimensional systems (1D and 2D). The current interest is due to the advances in the miniaturization of electronic devices and the quantum interference eects linked to the quantum tunneling. These eects can lead to dierent technological applications in devices of transfer information at high sped. In this Thesis has been discussed the process of quantum tunneling of quasiparticles (like electron or holes) in the presences of potential barriers into low dimensional systems. In those systems of condensed matter we did a systematic study of the transport properties to quasiparticles as a function of the tunneling barriers and its characteristics. Three kinds existing quantum tunneling were studied in systems of low dimensional: non-resonant tunneling, resonant tunneling and Klein tunneling. The two firsts are studied in semiconductor heterostructures (based on GaAs/AlGaAs) using the Schrödinger’s equation in the eective mass approximation. This model is used to study the tunneling currents through systems composed by resonant tunneling diodes (RTD) and tunneling through nanostructured based on two-dimensional electron gas (2DEG). The Klein tunneling currents (analogue to relativistic case) are studied in graphene using the tight-binding method in the sub-lattices A and B representations, this representation is associated with the relativistic analogue of pseudospin. In general, with these studies we can understand the relationship between the quantum tunneling and the dimensionality of the systems. Finally, we have been used those studies at four objects of current interest. ˆ The determination of the fingerprints in elastic tunneling through crossing and anti-crossing of electronic states using curves of J 􀀀 V to artificial molecules. We found here, general fingerprints of crossing and anti-crossing into line shape of J 􀀀 V curves and specific behaviors of the conductance as a function of magnetic and electric confinement, this fingerprints can be verified experimentally in systems based on GaAs nanostructures. ˆ The competition between the magnetic and electric confinement into two-dimensional artificial lattices, named as antidot lattices is used to control of specific manner of the states and electronic bands formed by the antidots and also by the position of quantum leads. ˆ The optimization of the polarized Klein tunneling currents in a sublattice is necessary due to existence an inverse relationship between the Klein tunneling and the pseudospin polarization. Here, we propose systems based on graphene nanoribbons perturbed with potential barriers, this perturbation is used to generate pseudospin filters and applications to latticetronic. ˆ We also propose an spectroscopy of pseudospin inversion based at a currents latticetronic. We use an extension of this spectroscopy to make of study of the degenerative evolution of relativistic analogues as Klein tunneling, pseudospin inversion and absence of backscattering, finding characteristics of the transport of quasiparticles that has not relativistic analogues nor analogues with the conventional semiconductors. Eects of disorder and imperfections into systems also are included to discuss the robustness of the numerical results as well as the applications in experimental measurements.
Quantum tunneling. Quantum interference. Mesoscopic molecules. Graphene, Nanoribbons. Relativistic analogues.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
SISTEMAS ATÔMICOS, MOLECULARES, ÓPTICOS E CONDENSADOS
PROPRIEDADES DE TRANSPORTE ELETRÔNICO EM ?OPEN QUANTUM DOTS E EM REDES DE ANTIDOTS

Banca Examinadora

GUSTAVO MICHEL MENDOZA LA TORRE
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
CAETANO RODRIGUES MIRANDA Docente - PERMANENTE
ANTONIO CARLOS SEABRA Participante Externo
ALEXANDRE REILY ROCHA Participante Externo
CAIO HENRIQUE LEWENKOPF Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 32
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 16

Vínculo

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Não