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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78723
Tipo: | Dissertação |
Título : | Transporte eletrônico em semicondutores anisotrópicos via matriz de transferência e função de Green recursiva no equilíbrio |
Autor : | Albuquerque, Ismael da Graça |
Tutor: | Costa, Diego Rabelo da |
Palabras clave en portugués brasileño: | Transporte eletrônico;Semicondutores;Método da matriz transferência;Green, Função de |
Palabras clave en inglés: | Electronic transport;Semiconductors;Transfer matrix method;Green’s function |
Áreas de Conocimiento - CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
Fecha de publicación : | 2021 |
Citación : | ALBUQUERQUE, I. G. Transporte eletrônico em semicondutores anisotrópicos via matriz de transferência e função de Green recursiva no equilíbrio. 2021. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021. |
Resumen en portugués brasileño: | Desde a década de 1980, foi possível crescer/sintetizar estruturas e dispositivos em que as dimensões são realmente menores do que os comprimentos característicos de interesse. Os fenômenos físicos observados em tais sistemas exibem efeitos quânticos devido ao confinamento de portadores, ao contrário daqueles materiais na versão bulk, que podem ser descritos por meio de abordagens semi-clássicas. No contexto das propriedades de transporte, os materiais bulk são bem descritos pelas equação de transporte de Boltzmann ou aproximação similar à equação cinética, enquanto em dispositivos quânticos um tratamento teórico requer o uso combinado de diferentes técnicas e aproximações, tais como: o formalismo de transmissão, como a Fórmula de Landauer, sondas de Buttiker e método da matriz de espalhamento ou transferência, bem como o formalismo da função de Green. O primeiro é usualmente considerado nas situações em que dissipações são ignoradas e o comprimento da região a ser simulado é consideravelmente menor que os comprimentos de dissipação característicos, tais como o livre caminho médio ou comprimento de relaxação de fase, isto é, como nos casos de transporte balístico. Por outro lado, o último é um método mais conveniente para calcular as propriedades físicas de amostras conectadas a eletrodos, em especial para sistemas com quebra de coerência de fase, tratando de forma mais rigorosa processos físicos que se tornam importantes no transporte quântico, tais como espalhamento devido impurezas e defeitos estruturais. Tendo em vista o grande interesse prático para o desenvolvimento de novas tecnologias e aliado ao fato de novos materiais lamelares se mostrarem bastante promissores no design de dispositivos em nanoescala, nesse trabalho investigamos as propriedades de transporte em materiais semicondutores bidimensionais (2D) isotrópicos e anisotrópicos na presença de uma superrede gerada por uma sequência de barreiras de potenciais com perfis retangular e linear. As assinaturas de transporte anisotrópico no que diz respeito ao número de barreiras de potenciais, bem como a altura e largura das barreiras e sua orientação no cristal são analisadas. Para tal, primeiramente apresentamos os conceitos e propriedades físicas básicas relativas ao método da matriz de transferência, utilizando Hamiltonianos dentro da aproximação da massa efetiva, e o formalismo da função de Green no equilíbrio aliado a técnica da equação do movimento. Em adição, discutimos (i) o cálculo da transmissão através de um potencial quântico com perfil arbitrário via matriz de transferência; e (ii) o cálculo da densidade de estados e do coeficiente de transmissão, via o método recursivo da função de Green no equilíbrio, em redes discretas 1D e 2D de elétrons não-interagentes descritos por Hamiltonianos tight-binding, exemplificando com os casos da rede de poucos (1, 2 e 3) sítios, cadeias lineares finita e infinita, e redes 2D (quadrada, grafeno e fosforeno). |
Abstract: | Since the 1980s, it has been possible to grow/synthesize structures and devices where the dimensions are actually smaller than the characteristic lengths of interest. The physical phenomena observed in such systems exhibit quantum effects due to the confinement of carriers, unlike those materials in the bulk version, which can be described using semi-classical approaches. In the transport properties context, bulk materials are well described by Boltzmann transport equation or similar kinetic equation approximation, whereas in quantum devices a theoretical treatment requires the combined use of different techniques and approximations, such as: the transmission formalism, like the Landauer formula, Büttiker probes, and scattering or transfer matrix method, as well as as well as the Green function formalism. The first is usually considered in situations where dissipations are ignored and the length of the region being simulated is considerably smaller than the characteristic dissipation lengths, such as the mean free path or phase relaxation length, that is, as in the cases of ballistic transport. On the other hand, the latter is a more convenient method to calculate the physical properties of samples connected to electrodes, especially for systems with broken phase coherence, dealing more rigorously with physical processes that become important in quantum transport, such as scattering due to impurities and structural defects. In view of the great practical interest for the development of new technologies and combined with the fact that new lamellar materials prove to be quite promising in the design of nanoscale devices, in this work we investigate the transport properties in isotropic and anisotropic two-dimensional (2D) semiconductor materials in the presence of a superlattice generated by a sequence of potential barriers with rectangular and linear profiles. The anisotropic transport signatures with respect to the number of potential barriers, as well as the height and width of the barriers and their orientation in the crystal are analyzed. To do so, we first present the concepts and basic physical properties related to the transfer matrix method, using Hamiltonians within the effective mass approximation, and the formalism of the equilibrium Green's function combined with the equation of motion technique. In addition, we discuss (i) the calculation of the transmission through an arbitrarily profiled quantum potential via the transfer matrix method; and (ii) the calculation of the density of states and the transmission coefficient, via the recursive method of the equilibrium Green's function, in 1D and 2D discrete lattices of non-interacting electrons described by tight-binding Hamiltonians, exemplifying with the cases of few-sites lattice (1, 2 and 3), finite and infinite linear chains, and 2D lattices (square, graphene and phosphorene). |
URI : | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78723 |
Derechos de acceso: | Acesso Aberto |
Aparece en las colecciones: | DFI - Dissertações defendidas na UFC |
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