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Interação spin-órbita em nanoestruturas semicondutoras e isolantes topológicos

Processo: 16/03854-9
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de agosto de 2016 - 30 de setembro de 2018
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Erasmo Assumpção de Andrada e Silva
Beneficiário:Erasmo Assumpção de Andrada e Silva
Instituição-sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Pesq. associados: Marcelo Alejandro Toloza Sandoval
Assunto(s):Spintrônica  Isolantes topológicos  Interação spin-órbita  Materiais nanoestruturados  Semicondutores 

Resumo

A interação spin-órbita (SO) nos semicondutores e nanoestruturas semicondutoras é responsável por propriedades puramente quânticas de grande interesse tecnológico, como o efeito Rashba e os estados polarizados na superfície (ou borda) de estruturas e materiais isolantes topológicos. Estas propriedades formam a base de diversas propostas de novos dispositivos e atraem hoje muita atenção da comunidade científica, na busca de uma compreensão detalhada dos efeitos da interação SO em novos materiais e estruturas semicondutoras, com diferentes topologias. Entre os problemas em aberto hoje se destacam os efeitos de renormalização do fator-g (um dos parâmetros chaves na engenharia spintrônica) em nanoestruturas, bem como a estrutura eletrônica dos estados de superfície de diferentes nanoestruturas III-V e IV-VI, característica dos isolantes topológicos; ambos os efeitos são determinados em primeira ordem pelo termo de Rashba da interação SO, que é bem descrito por modelos kp de muitas bandas na aproximação da função envelope. Este projeto propõe então um estudo teórico com o objetivo geral de desenvolver a física da interação SO em nanoestruturas semicondutoras, guiado por estes dois problemas. Seguindo uma metodologia tradicional e muito útil na física de semicondutores, partimos de um modelo analítico para os semicondutores volumétricos (kp de muitas bandas, i.e. Kane para III-V e Dimmock para IV-VI), derivamos Hamiltonianas efetivas para os elétrons em diferentes nanoestruturas e situações de campo externo aplicado, resolvemos a estrutura eletrônica, calculamos diferentes propriedades e analisamos os resultados com dados experimentais. As principais aplicações (ou objetivos específicos) da teoria serão: 1. Cálculo e estudo dos estados polarizados em interfaces (simples e interagentes) de nanoestruturas IV-VI (PbTe/PbSnTe) de gap invertido, e nas bordas de fios-quânticos III-V (GaSb/InAs) com propriedades topológicas; e 2) Cálculo da renormalização do fator-g em poços quânticos gerais (i.e. assimétricos, duplos simétrico e assimétrico etc), superredes e fios quânticos III-V e IV-VI. Entre os resultados esperados, a serem apresentados nas principais conferencias da área e publicados em revistas internacionais, estão a obtenção de expressões analíticas gerais para a determinação do fator-g em nanoestruturas e para a estrutura eletrônica dos estados polarizados ("helical/protected") na superfície ou borda de nanoestruturas semicondutoras com topologia não trivial. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
LEON PADILLA, JHON ELBER; TOLOZA SANDOVAL, MARCELO ALEJANDRO; DA SILVA, ANTONIO FERREIRA; DE ANDRADA E SILVA, ERASMO ASSUMPCAO; LA ROCCA, GIUSEPPE CARLO. g-Factor Anisotropy Inversion in InGaAs 2D Nanostructures. PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS, v. 256, n. 6, SI JUN 2019. Citações Web of Science: 0.
TOLOZA SANDOVAL, M. A.; LEON PADILLA, J. E.; FERREIRA DA SILVA, A.; DE ANDRADA E SILVA, E. A.; LA ROCCA, G. C. Mesoscopic g-factor renormalization for electrons in III-V interacting nanolayers. Physical Review B, v. 98, n. 7 AUG 28 2018. Citações Web of Science: 0.

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