Estudo de primeiros princípios de nanofios em arseneto de índio e fosfeto de índio
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Data
2011-07-29Autor
Santos, Cláudia Lange dos 
Primeiro orientador
Piquini, Paulo Cesar
Primeiro membro da banca
Cotta, Monica Alonso
Segundo membro da banca
Nunes, Ricardo Wagner
Terceiro membro da banca
Fagan, Solange Binotto
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Neste trabalho realizamos um estudo teórico, baseado na teoria do funcional da
densidade, em nanofios de InAs e InP e em heteroestruturas de nanofios InAs/InP. Inicialmente
estudamos a variação das propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas com
o diâmetro em nanofios de InAs e InP, e as possíveis alterações nas propriedades eletrônicas
destes sistemas sob a influência de uma tensão mecânica externa. Nossos resultados
mostram que todas as propriedades analisadas são alteradas com o aumento do confinamento
quântico. Além disso, a aplicação de uma tensão externa ao longo do eixo de
crescimento dos fios leva a uma transição de gap direto para indireto nos nanofios de
menores diâmetros.
A seguir, avaliamos os efeitos do confinamento quântico na massa efetiva dos portadores
de carga em nanofios de InAs crescidos em diferentes direções cristalográficas.
Encontramos que as massas efetivas dos elétrons e dos buracos aumentam com a redução
do diâmetro, independentemente da direção de crescimento dos nanofios. Contudo, no
intervalo de diâmetro estudado, a massa efetiva dos buracos nos nanofios é significativamente
menor do que a massa efetiva dos buracos no cristal.
Do estudo da estabilidade e das propriedades eletrônicas de nanofios de InAs dopados
substitucionalmente com cádmio e zinco observamos que, independentemente do
diâmetro dessas nanoestruturas, as impurezas de Cd são mais estáveis quando estão no
centro do nanofio, enquanto que as impurezas de Zn se distribuem quase que uniformemente
ao longo do diâmetro do fio. Do ponto de vista eletrônico, observamos que
estas impurezas introduzem níveis aceitadores rasos no gap de energia desses materiais
possibitando um comportamento tipo-p desses nanofios.
Por fim, determinamos: (i) as propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas de
heteroestruturas axiais e radiais de nanofios InAs/InP para um determinado diâmetro; e
(ii) as propriedades estruturais e eletrônicas de heteroestruturas radiais InAs/InP como
uma função do diâmetro e da composição. Em (i), nossos resultados mostram que as propriedades
analisadas possuem valores intermediários entre aqueles dos nanofios de InAs e
InP de mesmo diâmetro. Em particular, observamos que a presença de uma camada de
InP sobre nanofios de InAs aumenta significativamente sua mobilidade eletrônica quando
comparada com a de um nanofio de InAs puro. Além disso, na heteroestrutura radial, o alinhamento
das bandas de condução e das bandas de valência favorece uma heteroestrutura
do tipo I, enquanto que na heteroestrutura axial, uma transição de uma heteroestrutura
do tipo I para uma heteroestrutura do tipo II poderá ocorrer neste intervalo de diâmetros.
Em (ii), para as heteroestruturas com diâmetros similares, observamos que a variação de
suas propriedades estruturais e eletrônicas com a composição possui desvios significativos
do comportamento linear, sendo estes dependentes do diâmetro dessas nanoestruturas.
O descasamento da banda de condução é aproximadamente nulo enquanto que o descasamento
da banda de valência diminui independente do diâmetro e da composição da
heteroestrutura.