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Type: TESE
Title: Relaxação de portadores via interação elétron-fônon em pontos e poços quânticos
Author: Alcalde Milla, Augusto Miguel
Advisor: Weber, Gerald
Abstract: Resumo: A interação entre elétrons e fônons é um importante ingrediente para qualquer discussão realista das propriedades ópticas em sistemas de dimensão reduzida. É também relevante para determinar a dinâmica de portadores em dispositivos semicondutores e para o estudo das transições radiativas em dispositivos fotônicos. Adicionalmente, existe muito interesse nos possíveis mecanismos de termalização de portadores fora do equilíbrio. Em pontos quânticos e outras nanoestruturas semicondutoras, os níveis eletrônicos e os modos vibracionais possuem um caráter discreto devido ao confinamento das três dimensões. O espectro de fônons em pontos quânticos consiste de modos confinados e modos de superfície associados às interfaces. O modelo macroscópico continuo é usado para determinar as hamiltonianas e os autovalores dos modos vibracionais. Os termos de acoplamento elétron-fônons são também determinados a partir de esta teoria. Medidas de espalhamento Raman corroboram a validade dos modelos contínuos e o caráter discreto dos modos vibracionais. Nesta tese revisamos alguns aspectos dos processos de relaxação em pontos e poços quânticos semicondutores. Discutimos os principais problemas associados ao cálculo de relaxação de portadores principalmente em pontos quânticos, tais como: (i) O comportamento quase atômico dos níveis eletrônicos. (ii) As dificuldades na descrição da densidade de estados. (iii) O caráter discreto dos modos vibracionais. (iv) A possível aparição de osciladores de Rabi. (v) O efeito phonon bottleneck. Nossos cálculos incluem efeitos de alargamento homogêneo nos níveis eletrônicos e não-homogêneos e estudamos processos de relaxação via modos ópticos e acústicos. Em particular, mostramos que a inclusão destes efeitos produzem significativas mudanças nas taxas de transição quando comparadas com taxas obtidas a partir da suposição de níveis absolutamente discretos. Para poços quânticos, calculamos taxas de transição intra e intersub-banda com contribuições de modos confinados e de interface em sistemas com forte não-parabolicidade. Observamos que as taxas de transição intra e intersub-banda em geral aumentam, exepto em algumas situações de confinamento fraco. Os efeitos da não-parabolicidade são mais importantes para transições que envolvem níveis altos de energia. Nosso trabalho evidencia a importância da análise da integral de overlap, já que esta quantidade é sensível às mudanças das funções de onda eletrônicas e dos potenciais associados com os modos de oscilação presentes em sistemas de baixa dimensionalidade

Abstract: The interaction between electrons and phonons is a very important ingredient for any realistic discussion of optical properties in quantum dosts. It is also fo relevance for determining the carrier dynamics in small, fast semiconductor devices and the study of radiative transitions is of importance for photonic devices. Additionally, there is much interest attached to possible mechanisms of nonequilibrium carrier termalization. In a semiconductor quantum dot and other nanostructures not only the electron levels by also the lattice vibration modes become descrete due to the three dimensional confinement. It has been found that the LO - phonon spectrum consists of confined modes and surface modes, which are associated with the interfaces. The dielectric continuum approximation is used to derive expressions of the eigenfuncitons corresponding to the confined - LO phonon modes and surface modes and obtained the coupling Hamiltonian for these modes. Recent resonant Raman scattering measurements confirmed the confined character of the phonon structure. In this work we revise the current issues on carrier relaxation in simiconductor quantum dots and quantum wells. We discuss the common theoretical problems addressed for the calculations of carrier relaxations in quantum dots, such as: the question of atomic - like discrete energy level, the so - called phonon bottleneck problem in quantum dots, the discreteness of phonon modes versus phonon bulk-like dispersion. In particular we will demonstrate that the "phonon bottleneck" removed by considering level broadening, i. e., by not considering the levels as atomic - like. Particulary, we showed that effects of inhomogeneous broadening due to quantum dot size distribution are also considered, and are shown to modify considerably the relaxation rates. For quantum wells, we have calculated the scattering rates for intrasubband and intersubband transitions due to electron - confined and interface - phonon interaction in quantum wells with strong subband nonparabolicity. We find that for intra and intersubband transitions the scattering rates are in general increased, except in some situations of low confinement. In particular for higher subbands and larger electron confinement the nonparabolicity effects becomes more important. We put into evidence that it is important to pay attention to the analysis of the overlap integral, since this parameter is not only sensitive to the variations of the electronic wave functions, but also to the electrostatic potential generated by the several phonon modes present in low dimensional systems
Subject: Interação elétron-fônon
Poços quânticos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1999
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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