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Dinâmica coerente de elétrons e buracos em anéis semicondutores

Processo: 16/01968-7
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Internacional
Vigência: 09 de maio de 2016 - 23 de maio de 2016
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Victor Lopez Richard
Beneficiário:Victor Lopez Richard
Pesquisador visitante: Sergio E. Ulloa
Inst. do pesquisador visitante: Ohio University, Estados Unidos
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:14/19142-2 - Caracterização e processamento de nanoestruturas semicondutoras e aplicações como dispositivos, AP.TEM
Assunto(s):Materiais nanoestruturados  Interação elétron-elétron  Interação spin-órbita  Intercâmbio de pesquisadores 

Resumo

O desenvolvimento na síntese e processamento de materiais têm permitido, há algum tempo, a exploração da dinâmica coerente de elétrons em sistemas da matéria condensada. Estes estudos, normalmente realizados a baixas temperaturas e em sistemas altamente puros e livres de defeitos, revelam propriedades interessantes dos próprios materiais. No entanto, e talvez o mais interessante, esses estudos permitem também comprovar a natureza quântica do comportamento da carga elétrica e portadores de corrente nessas estruturas, proporcionando oportunidades únicas para estudar, por exemplo, coerência quântica, o emaranhamento quântico e o papel das interações entre partículas na evolução dinâmica dos sistemas. Os conhecimentos adquiridos até agora envolvem normalmente uma melhor compreensão assim como a capacidade de manipular os graus dinâmicos da liberdade de elétrons nos materiais. E, no entanto, o spin eletrônico permanece um pouco mais evasivo e difícil de estudar, já que sua interação com campos magnéticos externos acontece através de vias relativamente lentas que também não permitem acoplamentos espacialmente localizados (já que normalmente afetam regiões bastante grandes). Porém, ao considerar a influência do fraco acoplamento spin-órbita sobre a dinâmica de elétrons, efeito intrinsecamente relativista, este tem permitido uma nova e rápida maneira de analisar a dinâmica de spin em sistemas eletrônicos através da aplicação de tensões de gate de variação rápida e campos elétricos. A combinação de estruturas em escala nanométrica projetadas em materiais altamente puros e bem caracterizados (especialmente semicondutores), bem como a disponibilidade de fortes campos elétricos que podem acessar (via acoplamento spin-órbita) o grau de liberdade de spin dos elétrons, promete uma grande flexibilidade nestas análises. Os estudos aqui propostos exploram a riqueza de fenômenos em sistemas semicondutores em nanoescala, e a possibilidade de acessar os spins dos elétrons em uma forma determinística. A visita proposta do Prof. Sergio Ulloa, da Universidade de Ohio, à UFSCar vai aprofundar uma colaboração de longa data entre os dois grupos. Um trabalho mais recente comum tem focado sobre a relação e interação entre fases Berry e o acoplamento spin-órbita (através do efeito Rashba), e como elas afetam a estrutura eletrônica de anéis quânticos semicondutores. Esse trabalho também explorou as consequências observáveis de anéis submetidos a campos externos nas propriedades de transporte, acessíveis através de medições controladas de condutância através de tais estruturas. Com base na nossa compreensão dos efeitos coerentes para elétrons em anéis quânticos semicondutores, pretendemos conduzir nosso trabalho ao longo das seguintes três linhas principais: (i) o desenvolvimento de modelos e teorias adequadas para estudar o problema das fases Berry em sistemas de buracos usando métodos multi-bandas com diferentes componentes do momento angular e diferentes amplitudes do efeito Rashba; (ii) estudar o papel das interações elétron-elétron, já que se espera que os estados excitônicos também sejam afetados pelas fases de Berry e Rashba; (iii) como extensão ambiciosa do problema, propomos explorar as características de estados de Majorana que possam aparecer perto de impurezas incorporadas na estrutura do anel, quando o anel é colocado na proximidade de uma superfície supercondutora. (AU)