63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

INTERFERÊNCIA QUÂNTICA EM POÇOS QUÂNTICOS DUPLOS

Déborah T. A. Japiassu 1 Francisco A. P. Osório 1, 2 Márcio A. R. Souza 1, 3

1. Instituto de Física, UFG, CP 131, 74001-970, Goiânia - GO, BRASIL 2. Dr. / Orientador 3. Dr. / Coorientador

INTRODUÇÃO:

O sistema estudado consiste em um poço quântico duplo de AlGaAs, com larguras de 15 nm e 10 nm, separadas por uma barreira de 5 nm, e cujas concentrações de alumínio eram de 30% nas barreiras externas e interna, 3% no poço esquerdo e 0 no poço direito. Esses poços são obtidos experimentalmente crescendo camadas de materiais semicondutores intrinsecamente diferentes, com as descontinuidades de energia formando barreiras de potencial. Quando aplicamos um campo elétrico de modo que um nível de energia localizado em um poço se alinhe ao do outro, colocando o sistema em ressonância, ocorre um fenômeno conhecido como tunelamento, sendo esse campo chamado de campo elétrico de ressonância. Nesse fenômeno, um elétron confinado em um dos poços pode atravessar a barreira interna e aparecer no outro poço. Após obter as autofunções dos dois primeiros auto-estados, dentro e fora da condição de ressonância, calculamos a função de Wigner. Essa função é real e pode tornar-se negativa nas regiões onde os estados são classicamente proibidos, sendo um indicador de interferência quântica. Ela também tem sido usada para simular o transporte quântico em nanodispositivos semicondutores.

METODOLOGIA:

As energias e as autofunções foram obtidas a partir da aproximação da massa efetiva usando o método do split-operator. A aproximação da massa efetiva consiste em determinar valores para a massa dos portadores de modo a incluir as interações dos elétrons com os átomos da rede cristalina, das impurezas e dos demais portadores. O método do split-operator é baseado na solução numérica da equação de Schrödinger dependente do tempo, tendo o programa sido implementado na linguagem Fortran.

RESULTADOS:

O campo elétrico de ressonância foi obtido através do gráfico do campo elétrico pela posição média, em que esse campo corresponde ao valor onde as curvas dos estados ressonantes se cruzam. O valor do campo elétrico de ressonância encontrado foi de 5,0 kV/cm. Fazendo um gráfico do perfil do potencial do poço quântico duplo e das autofunções, sob a ação do campo elétrico ressonante, vemos que os dois primeiros auto-estados entram em ressonância. Nos gráficos da função de Wigner percebemos que essa função assume valores negativos entre 0 e 5 nm, que corresponde à região da barreira interna. Além disso, analisamos a diferença do comportamento dessa função dentro e fora da ressonância.

CONCLUSÃO:

Investigamos o comportamento dos dois primeiros auto-estados de um poço quântico duplo assimétrico de AlGaAs, calculando numericamente o campo elétrico necessário para se alcançar a condição de ressonância entre esses estados. Para as dimensões e concentrações consideradas o campo elétrico de ressonância encontrado foi de 5,0 kV/cm. Em seguida calculamos a função de Wigner para diferentes valores de campos elétricos, estudando o seu comportamento nas condições de ressonância e fora dela. Os gráficos da função de Wigner mostram que ela assume valores negativos nas regiões classicamente proibidas. Na condição de ressonância observamos oscilações ao longo do eixo dos momenta da função de Wigner na região da barreira, indicando efeitos de interferência.

Palavras-chave: Poço quântico duplo, Ressonância, Função de Wigner.