Nanofios de arseneto de gálio e arseneto de alumínio
Abstract
Este trabalho apresenta um estudo de primeiros princípios dos compostos de GaAs e AlAs na fase cristalina e na forma de nanofios. Procuramos inicialmente reproduzir as propriedades conhecidas das fases cristalinas desses materiais. Em seguida aplicamos nossa metodologia para estudar as variações dessas propriedades com a redução da dimensionalidade nos nanofios. Estudamos a variação do band gap com a composição de “ligas” nos nanofios Al x Ga 1-x As e determinamos o band offset da heterojunção GaAs/AlAs. Em nossos cálculos empregamos a teoria do funcional da densidade, dentro da aproximação da densidade local e resolvemos as equações de Kohn-Sham para determinar os autovalores e a energia total dos sistemas estudados. Nanofios de GaAs e AlAs e suas ligas AlGaAs, crescidos na direção [111] e com raios da ordem de 19 A, foram simulados utilizando-se supercélulas com 194 átomos. A supercélula para a heterojunção de nanofios GaAs/AlAs contém 388 átomos. Uma vez encontrada a geometria de equilíbrio e a densidade eletrônica do estado fundamental determinamos os valores de band gap e do potencial eletrostático médio dos nanofios e suas ligas e o valor do potencial eletrostático médio na junção. Conhecido o potencial eletrostático médio nos nanofios e na heterojunção, determinamos o valor de band offset, bem como o tipo de alinhamento da heterojunção de nanofios GaAs/AlAs. Nossos resultados mostram que a redução dimensional altera os valores de gap dos compostos estudados devido ao confinamento quântico, com uma maior variação do valor do gap para o nanofio de GaAs, devido a menor massa efetiva dos elétrons neste material. A variação do band gap das ligas AlGaAs segue muito proximamente a Lei de Vegard. Um alinhamento de bandas tipo I foi encontrado para o caso bulk e para o caso dos nanofios.