Efectos de los campos eléctrico y magnético sobre los estados electrónicos excitados en nanoestructuras cuánticas semiconductoras
- Autores: José Bosch Bailach
- Directores de la Tesis: El Mustapha Feddi (dir. tes.), Juan Pascual Martínez Pastor (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Andrés Cantarero (presid.), Josep Planelles Fuster (secret.), José Manuel Llorens Montolio (voc.)
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- Resumen
Las nanoestructuras cuánticas semiconductoras ofrecen un gran potencial en cuanto al diseño de nuevos materiales con propiedades ópticas novedosas. El confinamiento cuántico y la aplicación de campos eléctrico y magnético externos muestran una riqueza de efectos cuánticos cuya aplicación es en muchos casos desconocida. Es notable al respecto la gran cantidad de comprtamientos no lineales que muestran, por ejemplo, la energía excitónica, los tiempos de recombinación, el efecto túnel y la consiguiente extinción de la señal espectral de fotoluminiscencia en los semiconductores. Lo notable de los modelos, y que queda confirmado por los experimentos es la competición entre tres efectos presentes en las nanoestructuras semiconductoras sometidas a confinamiento cuántico: la interacción coulombiana entre el electrón y el hueco, el confinamiento cuántico producido por el desajuste de bandas prohibidas y por el tamaño nanométrico y por último la interacción con campos electromagnéticos externos. El análisis de las propiedades ópticas de nuevos materiales es una rama puntera en la investigación en física del estado sólido. La tesis se ha estructurado de la manera que a continuación se expone. Los primeros tres capítulos están consagrados a explicar la teoría cuántica básica que se usa en la formulación de toda la tesis. Para ello se describen las funciones de onda hidrogenoides en una y dos dimensiones y que guardan gran similitud con el modelo de Bohr. Luego se hace un repaso de los métodos de aproximación más comúnmente empleados en estado sólido, como son la aproximación adiabática, que nos permite desacoplar el movimiento de los electrones y huecos en el plano y en el eje z, pudiendo así separar la función de onda en diferentes contribuciones. Esto tiene obviamente sus limitaciones pero queda corroborada su aplicabilidad por el buen acuerdo en muchos casos con los resultados experimentales. Otra de las aproximaciones empleada es la de la masa efectiva. Su rango de utilidad es bastante bueno y es una magnitud que varía poco con los campos externos aplicados. En cualquier caso se justifica su uso. Una vez analizados los tres efectos cuánticos que compiten entre sí, se pasa a elaborar modelos. El método de cálculo empleado es el variacional. La idea es buscar una función de onda adecuada para el problema y que contenga cada una de las contribuciones, ya sea del potencial coulombiano o la del campo externo. Luego se trata de encontrar el valor de los parámetros que minimizan la energía y de esa manera ya tenemos hallada la función de onda. Con ella ya podemos determinar todas las propiedades de nuestro sistema. Otro de los aspectos analizados es el tiempo de recombinación excitónico. Se observa experimentalmente una competición entre los procesos radiativos y los de efecto túnel. La fuerza de oscilador disminuye al aplicar campo eléctrico por la separación espacial entre el electrón y el hueco. A su vez cuando los niveles son cuasi resonantes con la barrera hay una gran probabilidad de efecto túnel y que empieza a ganar importancia a campos elevados. Los espectros de fotoluminiscencia resuelta en tiempo dan cuenta de tales efectos. Las propiedades ópticas de los puntos cuánticos se explican razonablemente bien con estos modelos. A su vez se abre la posibilidad al estudio de nanoestructuras con dimensionalidad no entera o con otro tipo de geometrías más exóticas.
