Estudio electro-óptico y termodinámico de una molécula artificial D+2 confinada en acoples epitaxiales de punto-anillo cuántico

Abstract

Esta tesis está enfocada al cálculo de propiedades electro-ópticas y termodinámicas de sistemas de pocas partículas confinados en acoples de punto anillo cuántico (CQDR por sus siglas en ingles) de GaAs recubiertos por una matriz de Ga 1−xAlxAs en presencia de campos externos como campo magnético, eléctrico, de presión hisdrostática y variaciones de la temperatura y de la concentración de material dopante. Para modelar los acoples de punto anillo cuántico se propone un modelo que permite ajustarse a la geometría real del CQDR mostrada en microscopias de fuerza atómica, permitiendo modificar la geometría del punto y del anillo de forma independiente. Las propiedades electrónicas se calcularon haciendo uso de la aproximación de masa efectiva y la función envolvente. Adicionalmente, la dimensionalidad de la nanoestructura nos permitió hacer uso de la aproximación adiabática. Los resultados finales se obtienen de forma numérica usando el método de elementos finitos. Los resultados fueron validados con sistemas que presentan soluciones analíticas y que se replican al llevar nuestra geometría a casos limites como lo son los puntos y los anillos cuánticos. Con la obtención de los niveles energéticos, y haciendo uso del formalismo de la matriz de densidad se obtuvieron distintas propiedades ópticas lineales, no lineales y totales entre las cuales destacan la absorción óptica y el cambio en el índice de refracción. La presente tesis esta soportada por diversos artículos científicos que fueron publicados durante el transcurso del trabajo doctoral. El manuscrito está compuesto por un primer capítulo introductorio donde se plantea el estado del arte y el marco teórico utilizado. El segundo capítulo corresponde al estudio de propiedades ópticas en anillos cuánticos, el cual esta fundamentado en dos artículos científicos. En el tercer capítulo se aborda el estudio de las propiedades electro-ópticas de sistemas de pocas partículas confinadas en CQDRs. Este capítulo realiza una discusión basada en a dos artículos publicados recientemente los cuales muestran adicionalmente avances sobre la investigación de otras propiedades ópticas de interés. Finalmente, el cuarto y último capítulo está dedicado a la exploración de algunas propiedades termodinámicas y su variación de acuerdo a cambios geométricos que pueden dar lugar a estructuras deformadas. (Tomado de la fuente)

This thesis is focused on the calculation of electro-optical and thermodynamic properties of few-particle systems confined in GaAs quantum dot-ring couplings (CQDR) coated by a Ga 1-xAlxAs matrix in the presence of external fields such as magnetic field, electric field, hisdostatic pressure, temperature and dopant concentration variations. To model the quantum dot-ring couplings, a model is proposed that allows to fit the real geometry of the CQDR shown in atomic force microscopy, allowing to modify the geometry of the dot and the ring independently. The electronic properties were calculated using the effective mass approximation and the envelope function. Additionally, the dimensionality of the nanostructure allowed us to make use of the adiabatic approximation. The final results are obtained numerically using the finite element method. The results were validated with systems that present analytical solutions and that are replicated by taking our geometry to limiting cases such as quantum dots and rings. By obtaining the energy levels, and using the density matrix formalism, different linear, nonlinear and total optical properties were obtained, among which the optical absorption and the change in the refractive index stand out. This thesis is supported by several scientific articles that were published during the course of the doctoral work. The manuscript is composed of a first introductory chapter where the state of the art and the theoretical framework used are presented. The second chapter corresponds to the study of optical properties in quantum rings, which is based on two scientific articles. The third chapter deals with the study of the electro-optical properties of confined few-particle systems in CQDRs. This chapter makes a discussion based on two recently published articles which additionally show advances on the investigation of other optical properties of interest. Finally, the fourth and last chapter is devoted to the exploration of some thermodynamic properties and their variation according to geometrical changes that can lead to deformed structures.