Estados eletrônicos de fios quânticos em bicamadas rotacionadas de semicondutores anisotrópicos bidimensionais
| Ano de defesa: | 2023 |
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Resumo: | Within the effective mass approximation, we theoretically investigate the confined electronic states in electrostatically defined quantum wires in a polarized and coupled rotated bilayer made of two-dimensional (2D) anisotropic semiconductor materials, i.e., materials with different effective masses along the x and y directions, and with the two layers being rotated relative to each other. Initially, we study the behavior of the energy bands of the infinite bilayer system as the following parameters are varied: (i) the rotation angle of the 2D bilayer system, (ii) the orientation of the applied magnetic field in the plane with respect to the crystallographic directions, (iii) the coupling term between the layers, and (iv) the application of electric and magnetic fields perpendicular to the system. Then, we investigate the behavior of an electrostatically defined quantum wire in a monolayer of anisotropic semiconductor material with arbitrary orientations relative to the crystallographic axes. Results for the electronic states (energy and wave functions) in the presence and absence of a magnetic field perpendicular to the plane are discussed and compared with recent work reported in the literature. We extend this analysis to the case of a magnetic field in the plane, aiming to discuss the bilayer case. Finally, analogous to the previous monolayer case, we investigate a system of quantum wires defined in a rotated bilayer of anisotropic semiconductors in the presence of external fields. We show that the orientation angle of the in-plane magnetic field acts as a control parameter, functioning as a modulator of anisotropy in the system, leading in some situations to the same energy results as the isotropic case. Furthermore, we find that the confined energy levels of the quantum wire and, consequently, the level spacing, are highly tunable with respect to the rotation angle and alignment orientation of the quantum wire. |
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Initially, we study the behavior of the energy bands of the infinite bilayer system as the following parameters are varied: (i) the rotation angle of the 2D bilayer system, (ii) the orientation of the applied magnetic field in the plane with respect to the crystallographic directions, (iii) the coupling term between the layers, and (iv) the application of electric and magnetic fields perpendicular to the system. Then, we investigate the behavior of an electrostatically defined quantum wire in a monolayer of anisotropic semiconductor material with arbitrary orientations relative to the crystallographic axes. Results for the electronic states (energy and wave functions) in the presence and absence of a magnetic field perpendicular to the plane are discussed and compared with recent work reported in the literature. We extend this analysis to the case of a magnetic field in the plane, aiming to discuss the bilayer case. Finally, analogous to the previous monolayer case, we investigate a system of quantum wires defined in a rotated bilayer of anisotropic semiconductors in the presence of external fields. We show that the orientation angle of the in-plane magnetic field acts as a control parameter, functioning as a modulator of anisotropy in the system, leading in some situations to the same energy results as the isotropic case. Furthermore, we find that the confined energy levels of the quantum wire and, consequently, the level spacing, are highly tunable with respect to the rotation angle and alignment orientation of the quantum wire.Dentro da aproximação de massa efetiva, investigamos teoricamente os estados eletrônicos confi nados em fios quânticos definidos eletrostaticamente em uma bicamada rotacionada polarizada e acoplada feita de semicondutores anisotrópicos bidimensionais (2D), isto é, com diferentes massas efetivas ao longo das direções x e y e com as duas camadas sendo rotacionadas uma em relação à outra. De início estudamos o comportamento das bandas de energia do sistema de bicamada infinita ao variar-se: (i) o ângulo de rotação do sistema de bicamada 2D, (ii) a orientação do campo magnético aplicado no plano em relação as direções cristalográficas, (iii) o termo de acoplamento entre as camadas, e (iv) as aplicações dos campos elétrico e magnético perpendiculares ao sistema. Em seguida, estudamos o comportamento de um fio quântico defi nido eletrostaticamente em uma monocamada de semicondutor anisotrópico com orientações arbitrárias em relação aos eixos cristalográficos. Resultados para os estados eletrônicos (energia e funções de onda) na presença e ausência de campo magnético perpendicular ao plano foram discutidos e comparados com trabalho recente reportado na literatura. Estendemos tal análise para a situação de campo magnético no plano, visando discussão para o caso da bicamada. Por fim, analogamente ao caso anterior em monocamada, investigamos um sistema de fios quânticos definidos em bicamada rotacionada de semicondutores anisotrópicos na presença de campos externos. Mostramos que o ângulo de orientação do campo magnético no plano atua como um parâmetro de controle funcionando como um modulador de anisotropia no sistema, levando em algumas situações aos mesmos resultados energéticos do caso isotrópico. Além disso, verificamos que os níveis de energia confinados do fio quântico e, consequentemente, o espaçamento dos níveis, são altamente sintonizáveis em relação ao ângulo de rotação e à orientação de alinhamento do fio quântico.OLIVEIRA, Francisco Lucas Santos. Estados eletrônicos de fios quânticos em bicamadas rotacionadas de semicondutores anisotrópicos bidimensionais. 2023. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.Estados eletrônicos de fios quânticos em bicamadas rotacionadas de semicondutores anisotrópicos bidimensionaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisMateriais bidimensionaisSemicondutores anisotrópicosFio quânticoPropriedades eletrônicasTwo-dimensional materialsAnisotropic semiconductorsQuantum wireElectronic propertiesCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFC2023ORIGINAL2023_dis_flsoliveira.pdf2023_dis_flsoliveira.pdfapplication/pdf11064836http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/81313/5/2023_dis_flsoliveira.pdf2a7d6e647873238b3f23a63329b670b8MD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/81313/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56riufc/813132025-06-16 11:00:16.439oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-06-16T14:00:16Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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