Cinética ultra-rápida do plasma fotoinjetado em semicondutores

Orientador: Antonio Carlos Sales AlgarteTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Neste trabalho foi estudado com certo grau de detalhe a cinética de relaxação ultra-rápida no plasma fotoinjetado em semicondutores polares. Empregando-se a teoria cinética não-linear, derivada do Método do Operador Estatístico de Não Equilíbrio, obteve-se as equações de evolução para o conjunto de variáveis macroscópicas que caracterizam o estado termodinâmico longe do equilíbrio de um modelo de semicondutor polar quando submetido a altos níveis de excitação óptica. Como um exemplo de aplicação do estudo do processo de relaxação em semicondutores, investigou-se para o caso do GaAs, a influência da blindagem da interação polar elétron-fônon, da difusão ambipolar e das populações de fônons ópticos na cinética ultra-rápida de evolução do plasma ao estado de equilíbrio. Alguns resultados previstos pelos cálculos do presente trabalho foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura observando-se uma boa concordância. As situações experimentais selecionadas permitiram uma interessante investigação da influência de duração e da intensidade do pulso na evolução do plasma. O papel da concentração de portadores sobre a relaxação foi também evidenciado através de modificações na intensidade da fonte (laser). A descrição das populações de fônons LO por modo é seguramente responsável pela boa concordância acima mencionada. Foram ainda explorados alguns aspectos relacionados à termodinâmica irreversível e obteve-se a evolução no tempo da produção de entropia e da taxa de produção de entropia. Em particular observou-se que, no exemplo considerado, o critério de evolução de Glansdorff-Prigogine e o teorema da mínima produção de entropia de Prigogine, são verificados, mesmo numa situação longe do equilíbrio térmico, que foi o caso consideradoAbstract: The ultra-fast relaxation kinetics of the photo-injected plasma in polar semiconductors has been analyzed with certain detail. Using the nonlinear kinetics theory which is derived from a particular non-equilibrium ensemble formalism (the Non-Equilibrium Statistical Operator Method) are obtained the equations of evolution for a set of macroscopic variables which characterized the macroscopic (thermodynamic) state of that far-from-equilibrium system. Particular attention was given to the case of GaAs: we studied the influence of the screening of the polar electron-phonon interaction, of the ambipolar diffusion, and of the differentiated excitation of the different optical phonon modes on such relation processes. Comparison of some of the theoretical results with experimental situations we considered allowed for an interesting investigation of the influence of the duration and intensity of the pumping laser pulse, in this pump-probe experiments, on the evolution of the non-equilibrium macroscopic state of the photo-excited plasma Considering several experiment protocols, the influence on the relaxation processes of the concentration of carriers and the differentiated population of the optical phonon modes have been analyzed, and have been verified the non- equilibrium thermodynamic properties consisting of Glansdorff-Prigogine's evolution criterion Prigogine's minimum entropy production theoremDoutoradoFísicaDoutor em Ciência