Ajuste realístico de parâmetros de Hamiltonianos efetivos do tipo k·p a partir de suas propriedades de simetria

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Wanderley, Adilson Barros
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Band structures; DFT; Effective Hamiltonian; Estruturas de bandas; Hamiltoniano efetivo; k·p method; Método k·p; Zincblende
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-14052025-091111/

Semicondutores III-V, compostos binários de grande relevância em aplicações tecnológicas, estão presentes em diversas áreas da sociedade, incluindo a defesa, a indústria automobilística e de jogos, além dos setores de alimentação e saúde. Por exemplo, o GaAs figura entre os três semicondutores mais empregados, ao lado do silício e do germânio. Também temos os nitretos III, que constituem a base dos diodos emissores de luz azul e dos lasers (feito responsável pelo prêmio Nobel de Física de 2014), extremamente eficientes e fundamentais para as tecnologias emergentes, como armazenamento óptico ou a iluminação de alta eficiência e baixo custo. Portanto, uma análise simplificada e eficiente da estrutura eletrônica desses materiais é essencial para elucidar suas propriedades macroscópicas. Há algumas décadas, Hamiltonianos efetivos são empregados para uma descrição realística das estruturas de bandas, uma vez que oferecem um custo computacional mais baixo em relação aos métodos de primeiros princípios. Neste trabalho, apresentamos um modelo baseado no método k·p, que usa o particionamento de Löwdin com termos que vão além da ordem zero, para construir Hamiltonianos efetivos e definir seus parâmetros ajustáveis a partir de fittings de estruturas de bandas previamente calculadas por DFT. O modelo inclui o termo de spin e possibilita cálculos de massa efetiva e parâmetros interbandas, preservando um excelente ajuste em regiões distantes do centro da zona de Brillouin. Nosso método foi aplicado utilizando um Hamiltoniano 14 bandas para cálculos sobre o AlAs, GaAs e InAs, que resultou em excelentes ajustes em regiões de até 40% da zona de Brillouin. Além disso, produzimos valores de fator g* e γD Dresselhaus compatíveis com os descritos na literatura. O método é versátil e permite a seleção de bandas, o uso de ponderações e restrições para garantir as curvaturas das bandas no processo de minimização e extração dos parâmetros interbandas.