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Sistema elétron-buraco bidimensional e isolante topológico tri-dimensional em poços quânticos de HgTe

Processo: 12/23158-6
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de março de 2014 - 29 de fevereiro de 2016
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Gennady Gusev
Beneficiário:Gennady Gusev
Instituição-sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
Pesq. associados:Alexandre Levine ; Felix Guillermo Gonzalez Hernandez ; Luis Gregório Godoy de Vasconcellos Dias da Silva
Assunto(s):Semicondutores  Buraco (semicondutores)  Poços quânticos  Elétrons 

Resumo

Entre os muitos sistemas bidimensionais (2d) realizados até o presente momento, o único sistema elétron-buraco conhecido foi realizado em heterojunções de InAs/GaSb, neste sistema elétrons e buracos 2D existem simultaneamente, isso porque a banda de condução do InAs é oposta a banda de valência do GaSb [1-4]. O sistema mostra diversas propriedades de magneto transporte associados à corrente de portadores com sinais opostos; neste sistema, os elétrons e buracos 2D embora localizados em uma proximidade imediata, ainda permanecem separados pela barreira da heterojunção; assim os elétrons e buracos estão principalmente localizados no InAs e GaSb respectivamente. Propomos a pesquisa de sistema elétron-buraco bidimensional em estruturas semicondutoras de HgTe/CdTe produzidas no Instituto da Física de Semicondutores, o Novosibirsk. Nestes sistemas principalmente é esperada a formação do chamado éxciton isolante sugerido inicialmente por N. Mott [5]. O concepto do éxciton isolante pode ser explicado do seguinte modo: em um semimetal com densidades baixas o qual para elétrons e buracos a interação de Coulomb não é mais reduzida pela blindagem e pode resultar na formação de estados acoplados elétron-buraco, o fato é que o éxciton é uma partícula neutra, e o sistema nessas condições se converte em um isolante. Os poços quântico largos de CdHgTe/HgTe/CdHgTe, também estão relacionados ao isolante topológico tri-dimensional (3D). Foi previsto que, devido à inversão da banda HgTe 3D também tem estados da superfície em forma da Dirac cone [6-9], mas desde que o material seja semi-metálico, este estado é sempre acoplado com estados do bulk. Com a tensão aplicada é aberto um gap entre buracos leve-pesados e buracos pesados, de modo que HgTe 3D estressado vira um isolante topológico 3D. Foi previsto que a geração da segunda harmônica é um instrumento bastante promissor para o estudo de espectroscopia de superfícies topológicas e interfaces enterradas. O estudo de sistema elétron-buraco bidimensional e isolante topológico 3D em estruturas semicondutoras de HgTe/CdTe e as colaborações entre IFUSP e Instituto da Física de Semicondutores já começaram em 2007 com a propostas de FAPESP (auxílios os pesquisadores visitantes : 2007/07953-2, 2008/09212-2, 2010/10097-3). Vários trabalhos já foram publicados (dentre eles 2 Physical Review Letters) envolvendo o uso destas amostras [Ref.9-12], e vários trabalhos que estão em fase de preparação. Alguns benefícios deste projeto são: a evolução de conhecimento da Física dos sistemas nano estruturados, o desenvolvimento das técnicas de caracterização de poços quânticos de HgTe da alta qualidade e a aplicação possível deste conhecimento (ou as suas consequências) em futuros dispositivos de eletrônica bipolar e spintrônica. (AU)

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