Espalhamento de pacotes de ondas em canais quânticos formados por semicondutores porosos

Abstract

Desordem em materiais heteroestruturados semicondutores experimentalmente bidimensionais (2D) é inevitável, o que pode ser originado de impurezas carregadas, vacâncias ou substituição atômica. Numerosos fenômenos excitantes surgem em materiais quânticos desordenados, como por exemplo a transição metal-isolante que pode ser explicada pelo efeito de localização de Anderson. Para propriedades de transporte, um sistema 2D com desordem potencial pode exibir transições difusão-balística e localização-deslocalização ao diminuir (manter fixo) o tamanho do sistema para uma desordem fixa (crescente). A presença de porosidades em materiais semicondutores, denominados materiais porosos, pode ser aproveitada para propor novos dispositivos para aplicações, como por exemplo guias de onda. Para o estudo dos estados eletrônicos para um sistema quântico (poço) poroso, feito de InAlAs/InGaAs, se faz necessário a solução numérica da equação de Schrödinger independente do tempo na aproximação da massa efetiva com a técnica de diferenças finitas. No contexto das propriedades de transporte eletrônico e materiais porosos, uma descrição teórica adequada e didática é baseada na propagação de pacotes de ondas. Assim, investiga-se a dinâmica do pacote de ondas viajando através de um canal semicondutor poroso com os defeitos sendo simulados por uma região de espalhamento desordenado produzido por potenciais de obstrução. O referencial teórico baseia-se na técnica de split-operator para resolver a equação de Schrödinger dependente do tempo dentro da aproximação da massa efetiva. Na simulação, considera-se o canal semicondutor feito por InGaAs com largura de 100 Å, crescimento em substrato de InAlAs, e os porosos são tomados com simetria circular e diferentes densidades. Os resultados para os coeficientes de probabilidade, reflexão e transmissão de corrente são analisados para diferentes: valores iniciais de energia cinética do pacote de ondas gaussianas, densidades porosas desordenadas, aleatoriedade porosa. Mostramos uma transição inter-sub-bandas fortemente dependentes da configuração da região de espalhamento desordenado.