Efeito de campos eletromagnéticos sobre os níveis de energia de uma impureza doadora em estruturas de poços quânticos.

Ranyere Deyler Trindade - Bolsista

Francisco Aparecido Pinto Osório - Orientador

Instituto de Física – UFG

live_tnediser@walla.com

Poço quântico, campo magnético, campo elétrico, impureza

No andamento do projeto, nos atentamos a primeiramente mostrar ferramentas e teorias necessárias ao entendimento do nosso objetivo. Resumimos então uma breve introdução a física quântica e aos dispositivos semicondutores.

Depois nos deparamos com os cálculos das energias de um elétron em um poço quântico quadrado.

Chegado ao nosso objetivo, primeiramente calculamos os níveis de energia de ligação do estado fundamental de um campo magnético aplicado uma impureza hidrogenóide no centro de um poço quântico quadrado, onde o campo é aplicado na direção de crescimento do poço (z). Verificamos que a energia de ligação tende a aumentar com o acréscimo do campo magnético aplicado.

Logo em seguida, mudamos a situação acima citada pelo campo elétrico, também na direção do poço, e observamos o comportamento contrário da energia pela aplicação do campo. Vemos que a energia tende a diminuir com o acréscimo do campo elétrico, pois o mesmo cede energia ao elétron que tende a se "desprender" da ligação columbiana.

Neste trabalho estamos interessados no problema de um elétron confinado em um poço quântico ligado a uma impureza hidrogenóide e submetido a campos magnéticos e elétricos aplicados à amostra. Calculamos os níveis de energia da impureza do estado fundamental. Vamos nos debater com problemas sem solução analítica, e os mesmos serão atacados com o auxílio do método variacional.

Calculamos então, nos dois casos, os níveis de energia do sistema e plotamos em gráficos onde vamos variar os campos aplicados e a largura do poço.

Com a estrutura da aproximação da massa efetiva (m*), a Hamiltoniana da impureza hidrogenóide em um poço quântico de GaAs, na presença de um campo magnético aplicado, pode ser escrito como:

Onde é a função de onda tentativa e pode ser escrita como:

Apresentaremos a seguir os nossos resultados referentes a energia de ligação, que consiste na diferença de energia entre a configuração com a impureza e sem a impureza doadora.

Acima vemos os gráficos da energia de ligação em função do campo magnético para diferentes valores da largura L do poço, e podemos claramente ver que a energia cresce suavemente com o aumento do campo magnético aplicado e tende a diminuir consideravelmente com o acréscimo da largura do poço, e já no caso de L = 300 Å, o elétron praticamente já não "percebe" que está confinado, e as energias em questão passam a ser praticamente apenas a da interação columbiana e do campo magnético. Mas se olharmos para poços menores que 50 Å vemos que a energia tende a aumentar até atingir um máximo, que se dá entre 50 e 100 Å, e depois tende a cair de novo para poços maiores, onde há uma brusco decaimento quando o poço chega a uma certa largura e o elétron se livra do confinamento, e a partir daí a energia passa a cair suavemente com o acréscimo da largura do poço.

Estudamos também os efeitos do campo elétrico aplicado que poderá ser visto abaixo na conclusão

Depois então, de reunir ferramentas e teorias necessárias, nos focamos nos problemas reais que era a aplicação do campo elétrico e magnético em uma impureza doadora no centro de um poço quântico.

Com a presença do campo magnético, calculamos a energia de ligação do elétron no estado fundamental e vimos que a mesma tende a aumentar com o aumento do campo, e em contratempo, tende a aumentar com o aumento da largura do poço, até o ponto onde ela atinge seu valor máximo e passa a decair a partir daí.

Já com o campo elétrico aplicado, o resultado foi um pouco diferente na relação "Energia X Campo", já que nesse caso o campo elétrico cede energia ao elétron que tende a diminuir a energia de ligação com a impureza. E no que se diz respeito a largura do poço, percebemos que o comportamento é o mesmo nos dois casos, onde vemos um crescimento da energia com o respectivo aumento da largura até um certo limite, onde a partir daí ela tende a cair outra vez.