Efecto de la presión hidrostática sobre la energía de enlace de excitones confinados en puntos cuánticos y superredes de nanohilos

Abstract

En este trabajo calculamos la energía de enlace del estado base de excitones ligeros y pesados confinados en puntos cuánticos esféricos de GaAs rodeados de Ga1-xAlxAs bajo presión hidrostática usando coordenadas esféricas para los ligeros y el sistema de coordenadas de Hylleraas para los pesados, con la aproximación de masa efectiva, el método variacional y una concentración de Aluminio de x=0.3. También se determino la energía de enlace del estado base de excitones confinados en superredes de nanohilos cilíndricos de GaAs con barreras de Ga1-xAlxAs con una capa externa de Ga1-yAlyAs donde la concentración y era mayor que la concentración interna x. Para el caso de la superred se empleo el método variacional de Schrödinger. La presión hidrostática afecta los parámetros del material en bloque, como son la constante de red, la constante dieléctrica, el gap de energía y las masas efectivas del electrón y el hueco. Se asume como primera aproximación, que el cambio de los parámetros del punto cuántico y la superred debido a la presión, es igual al del material en bloque. Los parámetros afectados por la presión se toman reportados experimentalmente. La energía de enlace se calculó como función de la presión hidrostática, el radio del punto y del nanohilo, y la concentración de Aluminio para el caso de los huecos ligeros. Se encontró que la energía de enlace aumenta a medida que aumentamos la presión especialmente para los radios pequeños y se puede observar el efecto de cuantización extra en los puntos cuánticos donde los excitones presenten energías de enlace mayores que los que se tienen para la superred. Los resultados obtenidos concuerdan con aquellos presentados por otros autores con sistemas similares. / Abstract. The binding energy of light and heavy excitons confined in a spherical GaAs-Ga1-xAlxAs quantum dot under hydrostatic pressure was calculated using spherical coordinates and the Hylleraas coordinates system, for the light and heavy excitons respectively. The energy was calculated using the variational approach within the approximation of the effective mass with an Aluminum concentration of x=0.3. The binding energy of excitons in a cylindrical GaAs-Ga1-xAlxAs nanowire superlattice, embedded in Ga1-yAlyAs was also calculated. We have used the Schrödinger’s variational approach and the effective mass approximation. Hydrostatic pressure affects the bulk parameters, such as lattice constant, dielectric constant, the effective masses of the electron and hole, and the energy gap. It is assumed as a first approximation that the parameter changes of the superlattice and the quantum dot due to the pressure, is the same to the bulk material. The binding enegy was calculated as a function of the hydrostatic pressure, the dot and superlttice radii, and the Aluminum concentration for the light exciton case. It was found that the binding energy increases with the pressure, especially for small radii; and the extra energy quantization can be observed between the quantum dot and the superlattice, where the binding energies of excitons inside the dots are larger. These results are consistent with those presented for other authors with similar systems