Modelagem e simulação de pontos quânticos acoplados

Abstract

Esta Tese de Doutorado fundamenta-se na construção de um modelo comportamental para dispositivos mono-elétron, e de sua implementação na forma de um algoritmo numérico, para a simulação da evolução no tempo da dinâmica de transporte de portadores, considerados individualmente. Está focada principalmente no que se refere ao comportamento da dinâmica dos processos de tunelamento dissipativos em células de pontos quânticos acoplados. O modelo apresentado aqui sustenta-se em princípios físicos fundamentais, como a conservação de carga e de energia. O decaimento a partir de estados metaestáveis, e a partir de situações de desequilíbrio (superposição de estados) é uma conseqüência natural dos processos dissipativos incluídos no modelo. Neste trabalho é demonstrada a bi-estabilidade em células que possuem apenas dois pontos quânticos e um único elétron em excesso, e é avaliada quantitativamente e qualitativamente a evolução da dinâmica de estados em células de pontos quânticos acoplados de diferentes configurações. Questões práticas para a viabilização desta tecnologia são tratadas, como a escolha dos materiais apropriados para a fabricação dessas estruturas. Também é analisado o efeito da temperatura sobre a estabilidade e a dinâmica de operação de células acopladas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This doctoral thesis is aimed in developing a behavior model for single-electron devices, and its implementation in the form of a numeric algorithm, for single carrier’s transport dynamics time evolution simulation. It is mainly focused in dissipative dynamics behavior of tunneling processes occurring in coupled quantum dot cells. The model presented here relies on fundamental physical principles, such as charge and energy conservation. Decay from meta-stable states, and from disequilibria (superposition of states), is a natural outcome of the dissipative processes included in the model. In this work, bi-stability in cells with only two quantum dots and a single excess electron is demonstrated, and the states’ dynamic time-evolution is evaluated in coupled quantum dot cells of different configurations. Practical issues that could make this technology viable are dealt with, such as the choice of appropriate materials to fabricate these structures. Temperature effects on coupled cells’ dynamical stability are also analyzed.