Estados eletrônicos e absorção óptica em semicondutores de baixa dimensionalidade

Orientador: José Antonio BrumTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Neste trabalho estudamos o efeito combinado da interação elétron-elétron e a mobilidade do buraco de valência nos estados eletrônicos e a absorção óptica em semicondutores de baixa dimensionalidade dopados com elétrons. Modelamos dois sistemas diferentes: i) pontos quânticos auto-organizados, e ii) sistemas bidimensionais. No primeiro caso calculamos a absorção óptica usando diagonalização exata para o cálculo dos estados eletrônicos finais na presença do buraco de valência. Nossos resultados mostram que o efeito combinado das interações e o recúo do buraco originam um espectro de absorção complexo que apresenta assinaturas claras do número de elétrons ocupando o ponto quântico. No caso de sistemas bidimensionais focalizamos nossa atenção em dois problemas específicos: i) o estado fundamental de um complexo de dois elétrons e um buraco de valência (tríon), e ii) os estados eletrônicos e absorção óptica de um gás de elétrons bidimensional. Por um lado, usando técnicas de diagonalização exata e o método variacional, mostramos que o efeito da mobilidade do buraco de valência no estado fundamental do tríon pode ser representado por uma interação adicional entre os elétrons. Esta nova interação modifica a correlação eletrônica e tende a diminuir a energia de ligação do complexo. Por outra parte, o estudo dos estados eletrônicos do gás de elétrons 2D foi feito na aproximação de campo médio (Hartree e funcional da densidade local) em um sistema finito. Calculamos o espectro de absorção óptica usando um modelo de um partícula que permite a inclusão dos efeitos da interação eletrônica e do recúo do buracoAbstract: In this work we study the combined effect of the electron-electron interaction and the valence-hole mobility on the electronic states and optical absorption in low dimensional electron doped semiconducting systems. We model two different systems : i) self-assembled quantum dots, and ii) two-dimensional systems. In the first case we calculate the optical absorption using exact diagnalization techniques to calculate the final electronic states in the presence of the valence-hole. Our results show that the combined effect of interactions and hole recoil originate a complex absorption spectrum with clear signatures of the number of electrons charging the dot. On the case of two-dimensional systems we focused in two specific problems: i) the ground state of a complex having two electrons and a valence hole (trion), and ii) the electronic states of a two-dimensional electron gas. Using exact diagonalization techniques and a variational method we show that the effect of the valence-hole mobility may be considered as an additional interaction among electrons. This new interaction modifies the electronic correlation and tends to decrease the binding energy of the complex. On the other side, the study of the electronic states of the two-dimensional electron gas was performed within a mean-field approximation (Hartree and local density functional) on a finite system. We calculate the absorption spectrum using a single-particle model that allows us to include the effect of electronic interactions and hole recoilDoutoradoFísicaDoutor em Ciência