Propriedades de sistemas de pontos quânticos semicondutores acoplados e sua resposta óptica
Ano de defesa: | 2017 |
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Resumo: | The study of doped semiconductor quantum dots with magnetic impurities has been a challenging task when adding spin-orbit coupling and exchange interaction with asymmetry effects. The combination of all these factors within a single theoretical model, simultaneously analyzed with external fields, reveals interesting properties. Within this framework, the adjustment of the effective Zeeman splitting due to the asymmetry and the character of the ground state are determined. The effective mass model of the electronic structure, that allows combining different confinement profiles with reduction of controllable symmetry, spin-orbit interaction effects and external fields under a variety of configurations, in a systematic way has been complemented with atomistic simulations. The connection between the effective mass model and such atomistic approaches was done through a characterization of the main trends for the manganese positioning (Mn) in cells containing cadmium selenide (CdSe) quantum dots covered by zinc selenide (ZnSe), as well as the exchange interaction terms, which is calculated with a fully ab initio technique. Imperfections in nanostructures are also within the scope of this Thesis. Defects can induce magnetism in low-dimensional systems, wherein the challenge is to identify the source of this nano-magnetism in non-magnetic semiconductors, such as CdSe. In this Thesis, we present an optical evidence of this nano-magnetism due to the presence of vacancies. The formation energy analysis and the effects of the stress fields for the charged and uncharged defects under various geometries provided a better understanding of the experimental results. In addition, a study of the local deformations was performed using the molybdenum disulfide (MoS2). Within the density functional theory, an organic molecule, called azobenzene, was placed on the MoS2 layer in order to investigate the adsorption properties of the system. |
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Within this framework, the adjustment of the effective Zeeman splitting due to the asymmetry and the character of the ground state are determined. The effective mass model of the electronic structure, that allows combining different confinement profiles with reduction of controllable symmetry, spin-orbit interaction effects and external fields under a variety of configurations, in a systematic way has been complemented with atomistic simulations. The connection between the effective mass model and such atomistic approaches was done through a characterization of the main trends for the manganese positioning (Mn) in cells containing cadmium selenide (CdSe) quantum dots covered by zinc selenide (ZnSe), as well as the exchange interaction terms, which is calculated with a fully ab initio technique. Imperfections in nanostructures are also within the scope of this Thesis. Defects can induce magnetism in low-dimensional systems, wherein the challenge is to identify the source of this nano-magnetism in non-magnetic semiconductors, such as CdSe. In this Thesis, we present an optical evidence of this nano-magnetism due to the presence of vacancies. The formation energy analysis and the effects of the stress fields for the charged and uncharged defects under various geometries provided a better understanding of the experimental results. In addition, a study of the local deformations was performed using the molybdenum disulfide (MoS2). Within the density functional theory, an organic molecule, called azobenzene, was placed on the MoS2 layer in order to investigate the adsorption properties of the system.O estudo de pontos quânticos semicondutores dopados com impurezas magnéticas é uma tarefa desafiadora ao adicionar o acoplamento spin-órbita e a interação de troca com efeitos de assimetria. A combinação de todos esses fatores dentro de um único modelo teórico, analisado concomitantemente com campos externos, revelam propriedades interessantes. Dentro desta estrutura, o ajuste do efeito Zeeman devido a assimetria e o caráter do estado fundamental são determinados. O modelo de massa efetiva da estrutura eletrônica, que permite combinar diferentes perfis de confinamento com redução de simetria controlável, efeitos da interação spin-órbita e campos externos sob uma variedade de configurações, de forma sistemática foram complementadas com simulações atomísticas. A conexão entre o modelo de massa efetiva e tais abordagens atomísticas foi realizada através da caracterização das principais tendências para o posicionamento do manganês (Mn) em células contendo pontos quânticos de seleneto de cádmio (CdSe) recobertos por seleneto de zinco (ZnSe), bem como os termos de troca, os quais são calculados com uma técnica completamente ab initio. Imperfeições em nanoestruturas estão igualmente no escopo desta Tese. Defeitos podem induzir magnetismo em sistemas de baixa dimensão, em que o desafio consiste em identificar a fonte desse nano-magnetismo em semicondutores não-magnéticos, como o CdSe. Nesta Tese, apresentamos uma evidência óptica desse nano-magnetismo devido a presença de vacâncias. A análise das energias de formação e efeitos de campos de tensão para os defeitos carregados e não carregados em várias geometrias proporcionaram uma melhor compreensão dos resultados experimentais. Adicionalmente, um estudo de deformações locais no perfil de confinamento foi realizado utilizando o dissulfeto de molibdênio (MoS2). Dentro da teoria funcional da densidade, uma molécula orgânica, chamada azobenzeno, foi disposta sobre uma camada de MoS2 para verificar as propriedades de adsorção do sistema.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)engUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFUFSCarAproximação k·p da massa efetivaTeoria funcional da densidadeAcoplamento spin-órbitaEfeitos de assimetriaPontos quânticosk·p effective mass approximationDensity functional theorySpin-orbit couplingAsymmetry effectsQuantum dotsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA ATOMICA E MOLECULAR::ESTRUTURA ELETRONICA DE ATOMOS E MOLECULAS; TEORIACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA ATOMICA E MOLECULAR::ESTUDOS DE ATOMOS E MOLECULAS ESPECIAISCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOSCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::MATERIAIS MAGNETICOS E PROPRIEDADES MAGNETICASPropriedades de sistemas de pontos quânticos semicondutores acoplados e sua resposta ópticaProperties of coupled semiconductor quantum dot systems and their optical responseinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisOnlineinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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