Investigamos os efeitos de um campo elétrico e de um campo magnético aplicado ao longo da direção de crescimento e da rugosidade das interfaces sobre o efeito Stark em um poço quântico assimétrico do tipo degrau. O poço quântico semimagnético de CdMnTe foi idealizado de maneira que o degrau no seu interior seja controlado pelo campo magnético, resultando em um efeito Stark polarizado, possuindo assim um potencial para aplicação em novos tipos de moduladores e fotodetectores. A influência da largura do degrau em relação à largura do poço e da concentração de manganês sobre o efeito Stark também foi investigada. Os resultados foram obtidos resolvendo-se numericamente a equação da massa efetiva usando o modelo k.p e o método da potência inversa. A interação de troca entre os portadores da banda e os íons magnéticos foi considerada usando o modelo de Gaj. Efeitos de strain devido à diferença dos parâmetros de rede ao longo da heteroestrutura foram considerados através do modelo de Pikus-Bir.

Nossos resultados foram obtidos a partir da solução numérica da equação de Schrödinger usando o método da potência inversa com a utilização do método k.p. Efeitos de interface, tais como difusão e segregação, foram considerados e, posteriormente, incluiremos os efeitos de strain devido à diferença nos parâmetros de rede em cada camada da heteroestrutura. A interação de troca entre os íons magnéticos localizados e os portadores das bandas de condução e valência produz um efeito Zeeman extremamente grande quando comparado com os semicondutores convencionais. O efeito do campo magnético aplicado ao longo da direção de crescimento do poço foi descrito utilizando o modelo de Gaj, que descreve a magnetização do sistema a partir da média térmica dos spins de Mn na direção do campo aplicado pela função de Brillouin, ajustando-se o valor de saturação e introduzindo uma temperatura efetiva para levar em conta o acoplamento antiferromagnético entre os íons magnéticos interagentes.

Os nossos resultados indicam que esse tipo de heteroestrutura pode ser aplicada a novos tipos de moduladores e fotodetectores que trabalham na região do azul e verde do espectro eletromagnético, pois as transições (e recombinação do par elétron-buraco) tem energia dessa ordem de grandeza. Observamos que a aplicação de um campo magnético confina mais os elétrons com spin down e tende a expulsar os elétrons spin up, produzindo transições polarizadas. A aplicação do campo elétrico, até valores próximos do valor de ruptura, revela que a energia de transição excitônica diminui com o aumento deste campo.

O poço quântico com assimetria do tipo degrau tem um efeito stark mais evidenciado que um poço quântico simétrico. Isso revela que esse tipo de heteroestrutura tem um melhor desempenho quando se trata de filtros de spins e processos que envolvem corrente polarizada, do que as heteroestruturas comumente utilizadas. O controle pelo campo magnético do potencial que cada tipo de elétron (up e down) está submetido, faz com que possamos obter potenciais bem diferentes para cada um.

Instituição de fomento: cnpq

Trabalho de Iniciação Científica