ENERGÍA DE ENLACE DEL ESTADO BASE DE UNA IMPURE- ZA DONADORA D 0 EN UN NANOTUBO CUÁNTICO CON CAMPO MAGNÉTICO AXIAL Y DIFERENTES FORMAS DE POTENCIAL

Documentos relacionados
IEO-394 Semiconductores. Juan E. Martínez P. Docente. UdeA

Introducción. Flujo Eléctrico.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Efecto del ph sobre la liberación de teofilina

ε = = d σ (2) I. INTRODUCCIÓN

Incidencia de Anestesia General en Operación Cesárea: Registro de Tres Años. Castillo Alvarado, Frencisco Miguel. CAPÍTULO III

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS FUNDAMENTOS ESPECTROSCOPICOS

CONCLUSIONES 5. CONCLUSIONES.

DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE LA UNIVERSIDAD DE SONORA ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA DE FÍSICA III

Ejercicios resueltos de FISICA II que se incluyen en la Guía de la Asignatura

Método de recuperación n de Theis

MECÁNICA CLÁSICA CINEMATICA. FAyA Licenciatura en Química Física III año 2006

AUXILIAR 1 PROBLEMA 1

Física 3: Septiembre-Diciembre 2011 Clase 13,Lunes 24 de octubre de 2011

Guía n 9: Materiales Magnéticos Ecuaciones de Maxwell Ondas Electromagnéticas

Impurezas no lineales en cadenas unidimensionales

4.5. APLICACIÓN AL CÁLCULO DEL CAMPO MAGNÉTICO Y DE LAS PÉRDIDAS MAGNÉTICAS DE UN TRANSFORMADOR (II). RESULTADOS Y VALIDACIÓN.

LIGHT SCATTERING MEASUREMENTS FROM SMALL DIELECTRIC PARTICLES

Ecuación Característica del diodo

REVISTA COLOMBIANA DE FISICA, VOL. 33, No

Capítulo I Óptica lineal, no-lineal y generación de segundo armónico

1. V F El producto escalar de dos vectores es siempre un número real y positivo.

EXAMEN DE FÍSICA. 5 DE FEBRERO DE GRUPOS C Y D. TEORÍA

Departamento de Física Aplicada III

Consulte y explique los conceptos de energía potencial gravitacional; energía potencial eléctrica, y explicar su analogía.

Cinemática en 2D. Área Física

8 Se tienen tres cargas situadas en los vértices de un triángulo equilátero cuyas coordenadas (expresadas en cm) son: A (0,2) ; B ( 3, 1) ; C ( 3, 1).

Representación y aplicaciones de las funciones tipo

ELECTROTECNIA Circuitos de Corriente Alterna

CAPÍTULO III Electrostática

Apuntes del Modelo del átomo hidrogenoide.

Deflexión DE vigas. Universidad de Oriente Núcleo de Bolívar Unidad de Estudios Básicos Área de Matemáticas Asignatura: Matemáticas IV

Física 3 - Turno : Mañana. Guía N 4 - Segundo cuatrimestre de 2011 Magnetostática, Momento magnético y ley de Ampère, Medios Magnéticos

Física del Estado Sólido II

El átomo: sus partículas elementales

Apuntes de Electroquímica

Campo Magnético en un alambre recto.


FÍSICA 2ºBach CURSO 2014/2015

Figura Trabajo de las fuerzas eléctricas al desplazar en Δ la carga q.

Demostración de la Interferencia Acústica

1.2. ONDAS. Lo anterior implica que no todas las fluctuaciones de presión producen una sensación audible en el oído humano.

CAMPO MAGNÉTICO SOLENOIDE

4. Identificar un isótopo radiactivo del carbono e indicar su uso. 5. Cuál es la configuración electrónica del vanadio?

El electrón. Naturaleza. Distribución de los electrones en el átomo. Química General I

Modelo Atómico. Thompson (1898): Esfera uniforme de materia con carga (+) en la cual se encuentran embebidos los electrones con carga (-)

6.4. APLICACIÓN DE REDES NEURONALES EN EL CÁLCULO DE LA TASA DE CONTORNEAMIENTOS Velocidad de retorno del rayo con distribución uniforme

Anejo 1. Teoría de Airy. Solución lineal de la ecuación de ondas.

POLÍMEROS. Naturales (biológicos) Proteínas, ácidos nucleicos (ADN), polisacáridos. Sintéticos Plásticos, fibras, resinas, gomas, caucho,

Elementos Uniaxiales Sometidos a Carga Axial Pura

Metal Cu Al Peso específico 8,9 g/cm 3 2,7 g/cm 3 Peso atómico 64 g/mol 27 g/mol Número de electrones libres 1 e - /átomo 3 e - /átomo

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Diciembre 12 Nombre...

Representaciones gráficas: Método del Paralelogramo

CÁLCULO Primer curso de Ingeniero de Telecomunicación Examen Final. 26 de Junio de 2008 Primera parte. =1, a,b > 0.

Momento angular de una partícula. Momento angular de un sólido rígido

Practica 7. Medición del campo magnético de una bobina Solenoide

TEMA 7: CINÉTICA HETEROGÉNEA FLUIDO - SÓLIDO CQA-7/1

PROBLEMAS DE ONDAS. Función de onda, Autor: José Antonio Diego Vives. Documento bajo licencia Creative Commons (BY-SA)

De los anillos de Saturno a las trampas electrónicas. Grupo de dinámica no lineal

Teniendo en cuenta que si el voltaje se mide en Volts y la corriente en Amperes las unidades de resistencia resultan ser

Electromagnetismo II

RESISTENCIA DE MATERIALES

GUÍA N o 1 FÍSICA GENERAL II LEY DE COULOMB Y CAMPO ELÉCTRICO

TEORÍA DE PUESTAS A TIERRA. Johny Montaña

Documento No Controlado, Sin Valor

7. Práctica. 7.1.Estudio de Levas Introducción

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO ÁREA INDUSTRIAL EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Bajo estas hipótesis la ley de Newton permite escribir las ecuaciones del cohete (ver Figura 1.1) como. = m(t) g + T (t), = g + dx dt (0) = v 0.

( ) DISTRIBUCIÓN UNIFORME (o rectangular) 1 b a. para x > b DISTRIBUCIÓN DE CAUCHY. x ) DISTRIBUCIÓN EXPONENCIAL. α α 2 DISTRIBUCIÓN DE LAPLACE

Función de onda hidrogenoide: nueva fórmula para una vieja integral

SECCIÓN 3: DIMENSIONAMIENTO CON LLENADO PARCIAL

Electromagnetismo I. Semestre: TAREA 2 Y SU SOLUCIÓN Dr. A. Reyes-Coronado

EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO

DETERMINACIÓN DE LA BANDA PROHIBIDA (BAND GAP) EN Si

LABORATORIO DE FÍSICA FUNDAMENTAL

Campo eléctrico. Fig. 1. Problema número 1.

ATOMO DE HIDROGENO. o = permitividad al vacío = 8.85 X C 2 N -1 cm -1. = metros. F = Newtons 2. Ó (3)

Ejercicio 3.1. Sea el campo de velocidades de un escurrimiento definido por : v = x 2 yē x + x 2 tē y (3.1)

CORRIENTE ALTERNA. Onda senoidal:

ESTIMACION DE LA PRESION DE CONVERGENCIA, CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y FASES DEL GAS NATURAL

Movimiento armónico. Péndulos físico y de torsión.

3. ANÁLISIS DE DATOS DE PRECIPITACIÓN.

3. ANÁLISIS DE SEÑALES

POTENCIAL ELÉCTRICO. FUNDAMENTOS DE CONDENSADORES.

CAMPOS ELÉCTRICOS DEBIDOS A DISTRIBUCIONES CONTINUAS DE CARGA

Mapeo del Campo Magnético de un Solenoide Finito

CINETICA QUIMICA. ó M s s

FÍSICA 4 PRIMER CUATRIMESTRE DE 2015 GUÍA 9: POTENCIALES EN 2-D Y 3-D, MOMENTO ANGULAR, ÁTOMO DE HIDRÓGENO, ESPÍN

QUÍMICA LICENCIATURA DE INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

TEMA 2: MODULACIONES LINEALES

III. Vibración con excitación armónica

Dr. Bernardo Gómez González

04 - Elementos de finitos de flexión de vigas. Diego Andrés Alvarez Marín Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

Primer examen parcial del curso Física II, M

AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CALDERA UTILIZANDO

Medidas de la pieza. Forma-posición elemento

SECCIONES CÓNICAS (1)Determinar y graficar el lugar geométrico de los puntos que equidistan de F(0, 2) y de la recta

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Resistencia eléctrica y resistividad: Experimentos con líneas de tinta de impresora y un resistor de carbón

Unidad IV: Sistemas de ecuaciones diferenciales lineales

REVISTA COLOMBIANA DE FISICA, VOL. 33, No CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN MICROSTRIP DISEÑADA POR EL MÉTODO DE ROZENBROCK.

Transcripción:

Revista Colombiana de Física, vol.xx, No. x, xxxx ENERGÍA DE ENLACE DEL ESTADO BASE DE UNA IMPURE- ZA DONADORA D EN UN NANOTUBO CUÁNTICO CON CAMPO MAGNÉTICO AXIAL Y DIFERENTES FORMAS DE POTENCIAL J. D. González, F.J. Rondano, J. Barba-Ortega Grupo en Teoría de la Materia Condensada, Universidad del Magdalena, Santa Marta-Colombia Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá. Recibido XXXX; Aceptado XXXX; Publicado en línea XXXX Resumen Usando el Método de Dimensión Fractal calculamos la energía de enlace para el estado base de una impureza donadora D en un nanotubo cilíndrico de GaAs/GaAlAs en presencia de un campo magnético uniforme aplicado a lo largo del eje de simetría. Analizamos el efecto dos pozos de potencial en la energía. La función de onda utilizada en este método variacional se expresa como un producto de la combinación de funciones s y p x,y y una función envolvente que depende de la separación entre ión y electrón. Los resultados obtenidos para la energía de enlace en función de la posición de la impureza, fueron obtenidos para diferentes formas y alturas del potencial de confinamiento, estos muestran picos adicionales debido a la presencia de una barrera de potencial adicional. Encontramos que el campo magnético incrementa la energía de enlace para posiciones de la impureza cerca del eje de simetría, mientras que esta disminuye para el caso opuesto. Palabras claves: Nanotubo, Impureza Donadora, Mezcla de sub-bandas, Campo Magnético, Doble pozo. Abstract Using the fractal dimension method we calculate the ground state energy for an off-axis neutral donor in GaAs/GaAlAs cylindrical nanotube in the presence of a uniform magnetic field applied along of the symmetry axis. We analyze the effect of two quantum well on the energy. To take into account the mixing of the low lying subbands, we express the wave function as a product of combination of s and p x,y wave functions with an unknown envelope function that depends only on electron-ion separation. Curves of the D ground state binding energies as a function of the donor distance from axis for soft potential shapes and potential heights that shown an additional peak, which is due to the presence of the additional barrier. Also it is found that the magnetic field enhances binding energies of donors located close to the axes whereas for donors located far from the axis the effect of the magnetic field on the binding energy is opposite. Keywords: Nanotub, Donor Impurity, Subband Mixing, Magnetic Field, Two Quantum well.

J. D. González. et al.: Energía De Enlace Del Estado Base De Una Impureza Donadora D En Un Nanotubo Cuántico Con Campo Magnético Axial Y Diferentes Formas De Potencial 9 Revista Colombiana de Física. Todos los derechos reservados.. Introducción En las dos últimas décadas, ha crecido el interés por el estudio de las propiedades físicas de los sistemas de baja dimensionalidad y en particular de los hilos cuánticos y nanotubos cilíndricos. Extensas investigaciones teóricas acerca del comportamiento de las impurezas poco profundas en hilos cuánticos y nanotubos han sido desarrolladas utilizando una función de prueba tipo Bastard [,6]. Los nanotubos son hilos cuánticos con un centro repulsivo alrededor del eje de simetría del nanotubo, el confinamiento adicional en el centro del nanotubo genera una situación similar al doble pozo. Donde la mezcla de subbandas juega un papel importante en la correcta determinación de la energía de enlace en un doble pozo cuántico. En trabajos de investigación previos se ha demostrado la relevancia del efecto de la mezcla de subbandas del electrón libre en un nanotubo []. En este trabajo se analizó el estado base de una impureza donadora en un nanotubo cilíndrico de GaAs/GaAlAs con un doble pozo y diferentes formas de potencial de confinamiento en presencia de un campo magnético uniforme aplicado a lo largo del eje de simetría. Nanotubos con esta configuración son generados y estudiados experimentalmente, siendo principalmente analizadas las propiedades de fotoluminiscencia en estas heteroestructuras [3]. Usando el método de Dimensión Fractal [] encontramos la ecuación diferencial unidimensional para la función de onda envolvente, que posteriormente es resuelta numéricamente.. Modelo Teórico Despreciando las diferencias entre los parámetros correspondientes a la constante dieléctrica y masa efectiva del electrón m en los materiales que componen el pozo y la barrera de potencial. El Hamiltoniano para el electrón y la impureza en presencia de un campo magnético aplicado en dirección axial, puede ser escrito como se muestra a continuación respectivamente: H ) i ; H V ( H () - r - Las unidades utilizadas para las longitudes es el radio de Bohr efectivo a, Rydberg R para la energía y la y intensidad del campo magnético en el primer nivel de Landau eb / m cry. Para calcular la energía de enlace del estado base es utilizada una función de de prueba como el producto de la combinación lineal de las funciones de onda del electrón libre s y p x,y con una función unidimensional arbitraria r : f s f p r ( () Donde es un parámetro variacional que toma valores ( ) y provee el grado de la mezcla entre las subbandas. Para se puede ver que no existe mezcla y la función de prueba se hace igual a la función de prueba de Bastard. La ecuación de onda para el electrón libre es separable y es representada por H f ( E f (, mientras la función de onda puede ser escrita como sigue: ikz im f ( e e g( ) Donde es el momento angular en dirección z, k es el número de onda correspondiente al movimiento libre en la dirección z ( k ) y g(p) al problema unidimensional de valores en la frontera g ( ) g( ) g( ), m E m k V ( ), g() ; g( ) El método de Barrido Trigonométrico [5] es utilizado para la solución numérica de la ecuación (). (3) ()

rev. col. fís.(c), vol., No., () El modelo utilizado para el potencial de confinamiento está dado por la concentración de aluminio que define la altura de la barrera, así como el ancho de la región de transición suavidada por la función de Heaviside modificada: ( z, z, W ) ; z W z z ( z z) / W ; ; z z W z z El perfil del potencial de confinamiento está dado por la ecuación V ( ) V (, R V (, R 3 3, W ) V (, R, W ) V (, R, W ), W ) (5) (6) Fig. b Función de onda de los dos niveles más bajos, s and p de un electrón en un nanotubo cilíndrico con doble pozo de potencial, bajo la influencia de un campo magnético. A partir del principio variacional y usando el método descrito en el artículo (I. D. Mikhailov et al.,, 3), podemos obtener la siguiente ecuación de Euler-Lagrange para la función de correlación: Donde R, R, R3, R y V, V, V3, V representan los radios y alturas de la barrera del doble pozo respectivamente, y W es el parámetro relacionado con el ancho de la región de transición Fig.. d d ( ~ J( E( E( D ) J( dr dr r (7a) Donde E( D ) representa la energía de la impureza donadora, J ( es la parte radial del Jacobiano y ~ E ( r ) es la energía del electrón libre, dada por las siguientes expresiones: J ( r ~ E( r i, k, i, k, ik ik ( i k ) / ( i k ) / P (, ik E (, i) P ( / J ( ik (7b) Fig. a. Esquematización de un nanotubo con la inclusión de un core y cilindro hueco de Ga -xal xas coaxiales embebidos en la región con GaAs. 6 5 V=V=Ry V=V3=Ry R=a,R=a,R3=3a,R=a P ( ik r ~ g ik, ( ~ ) g ik, sin sin / ~ ~ i ( ) r sin r sin cos k sindd ; i, k, / (7c) V()/Ry 3 W=.3a, =G 3 W=.a, =G W=.a, =

J. D. González. et al.: Energía De Enlace Del Estado Base De Una Impureza Donadora D En Un Nanotubo Cuántico Con Campo Magnético Axial Y Diferentes Formas De Potencial Donde es la distancia desde el eje de simetría a la posición de la donadora y las funciones g ) y ) (, r (, r son encontradas, las funciones P i, k (, ( i,k,) y J ( pueden ser fácilmente calculadas a partir de la ecuación (7b). Finalmente para definir la energía de la donadora resolvemos la ecuación de onda.7(a) a partir de método de barrido trigonométrico. g Fig. b,8,6 = =G =G Wbar=.3a Vint=Vext=R 3. Resultados y Discusión En las figuras a, b, c. se muestra la variación de la energía de enlace de una donadora en función de la posición de la impureza, con la inclusión de un doble pozo, para diferentes perfiles de potencial W bar =.a,.a,.3a intensidades del campo magnético aplicado a lo largo del eje del nanotubo cilíndrico Podemos observar en las Fig. a, b, c que al incrementar la región de transición (.a,.a,.3a ) y la intensidad del campo magnético ( G, G, G) se produce un incremento de la energía, en el primer pozo los picos son mayores y donde se producen cambios en la energía de un % a 6%, debido a que el campo magnético produce un confinamiento adicional, generando que el electrón se encuentre más localizado en el primer pozo disminuyendo la distancia de separación ion-electrón para posiciones de la impureza cerca del eje de simetría del nanotubo, mientras E/Ry E/Ry,8,6,, Fig.a,8,8 = =G =G Wbar=.a Vint=Vext=R Vlayer=R =,6,6 =G =G Wbar=.a 3 Vint=Vext=R /a,,,8,6 Vlayer=R E/Ry,,,8,6, Fig.c Vlayer= R 3 /a Fig. a, b, c. Energía de enlace del estado base en función de la posición de la impureza donadora D sobre el eje del nanotubo cilíndrico con dos pozos de potencial para diferentes valores del campo magnético y perfil del potencial de confinamiento. que, en el segundo pozo hay una disminución en la energía entre un 5% a %, a medida que es incrementado el valor del campo magnético y la distancia de separación. Cabe resaltar que la posición de los picos coincide aproximadamente con el punto medio en cada pozo de potencial (primer pozo y segundo pozo ). Se muestra en las Fig. a,b,c el incremento del segundo pico a medida que aumentan los valores de la región de transición desde (.a,.a,.3a ), llegando a obtener una gran similitud en los máximos de ambos picos a pesar de elevar el valor del campo magnético, esto cuando es utilizado un valor de, debido al confinamiento adicional generado al modificar el perfil del potencial. E b /Ry,8,6,,,8 V=V=V3=V=Ry R=a,R=a, R3=3a,R=a Ancho Barrera Central=.5a =Gauss =Gauss =,8,6,,,8, 3 /a,6,6 3 /a

rev. col. fís.(c), vol., No., () g(e b ) Fig. 3a. =Gauss 5 =Gauss V=V=V3=V=Ry R=a,R=a, R3=3a,R=a Ancho de la Barrera Central=.5a estado base de una impureza donadora D en un nanotubo cilíndrico con un doble pozo de potencial GaAs/GaAlAs en presencia de un campo magnético uniforme aplicado a lo largo del eje de simetría. La función de onda utilizada en este método variacional propuso como un producto de la combinación de funciones s y p x,y y una función envolvente que depende de la separación entre ión y electrón. Los resultados para la energía de enlace en función de la posición de la impureza y la densidad de estados, se fueron obtenidos para diferentes formas e intensidades del campo magnético. La función de prueba utilizada presenta gran flexibilidad, y tiene la capacidad de registrar las variaciones que sufra el sistema en relación a la inclusión de un doble pozo de potencial con diferentes perfiles de potencial, alturas de la barrera y valores del campo magnético, para seguir minimizando la energía del mismo. Todos estos efectos quedan consignados en el jacobiano asociado al sistema; razón por la cual la estructura del método se mantiene invariante. Fig. 3b,6,8,,,6 E b /Ry Fig.3a. Energía del estado base en función del desplazamiento desde el eje de simetría del nanotubo de una impureza donadora con diferentes valores del campo magnético. Fig. 3b Densidad de estados de impureza como función de la energía de enlace. A partir de los resultados obtenidos de la energía de enlace de la donadora, se obtuvo las curvas correspondientes a la densidad de estados de impurezas en la heteroestructura propuesta. En este último, gracias al efecto producido por el doble pozo de potencial utilizado en este trabajo, es posible controlar los valores de la energía para el cual se presenta la singularidad de van-hove en la densidad de estados. Lo cual resulta muy atractivo si se desea analizar transiciones ópticas. Este comportamiento de la energía de enlace en la Fig. 3a se ve reflejado en las curvas de densidad de estados de impurezas en la Fig. 3b. El principal efecto que se observa en esta figura son los picos adicionales en los valores de la densidad en función de la energía debido a la presencia de dos pozos de potencial. Puede observarse estas singularidades cerca de las regiones de la derecha, izquierda y central en la gráfica. Estas singularidades son ocasionadas por la existencia de un mínimo o un máximo en la curva de energía donde la derivada de ( )/ d es igual a cero. Agradecimientos Este trabajo fue parcialmente financiado por FONCIEN- CIAS convocatoria interna, Universidad del Magdalena y la División de investigaciones, Universidad Nacional de Colombia (DIB Bogotá). 5. Referencias. Conclusiónes Usando el Método de Dimensión Fractal fue posible determinar la energía de enlace y la densidad de estado para el 5 [] A. Fereira da Silva (99); Physical Review B - Condensed Matter and Material Physics,, 68. [] F. J. Betancur, E. A. Orozco, J. D. Gonzalez and I. D. Mikhailov (5); Physica Status Solidi B, 833.

J. D. González. et al.: Energía De Enlace Del Estado Base De Una Impureza Donadora D En Un Nanotubo Cuántico Con Campo Magnético Axial Y Diferentes Formas De Potencial [3] K. Kubotaa, P.O. Vaccaroa, N. Ohtani, Y. Hiroseb, M. Hosodab,T.Aidaa (. Physica E 3 33 36. [] I. D. Mikhailov, F. J. Betancur, R. Escorcia and J. Sierra-Ortega (), Physica Status Solidi B 3 (b), 59. (3). Physica Status Solidi B, 67, 5637. [5] F. J. Betancur, I. D. Mikhailov and L. E. Oliveira, (998).. Journal of Physics D: Applied Physics. 3, 339. [6] A. Latge, N.Porras-Montenegro and L. E. Oliveira (99, Physical Review B Condensed Matter and Material Physics, 5, 9. 6