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TESIS DOCTORALES

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Un estudio teórico de acoplamiento y desfase en semiconductores Quantum Dots

Un estudio teórico de acoplamiento y desfase en semiconductores Quantum Dots

En los últimos años, los avances en las técnicas de crecimiento de cristales han permitido fabricar microestructuras de semiconductores, que son tan pequeñas que sus propiedades electrónicas y ópticas se desvían sustancialmente de las de los materiales más voluminosos. En estas microestructuras, las energías de los electrones y orificios están confinadas en una o más direcciones a una región, que todavía es considerablemente más grande que la constante de red, pero tan pequeña que las funciones de onda de envolvente de electrones se cuantifican.

Los puntos cuánticos (QD) son estructuras a escala nanométrica que facilitan el confinamiento del portador en las tres dimensiones espaciales. En estas estructuras, el impulso del portador también se cuantifica en las tres direcciones y, por lo tanto, un portador confinado dentro de un QD solo puede ocupar ciertos niveles discretos de energía, que dependen de varios factores como la profundidad de la barrera potencial o la forma de la estructura. Es la naturaleza discreta de estos estados de energía la que hace que los puntos cuánticos sean altamente atractivos para el cálculo cuántico y los dispositivos optoelectrónicos.

En esta tesis se investigan los niveles de energía cuántica de puntos cuánticos individuales y acoplados de diferentes formas.  Se han estudiado los sistemas QD acoplados, que pueden considerarse como "moléculas artificiales", para su posible aplicación en la computación cuántica. Es necesario comprender cómo se combinan los puntos en las moléculas de puntos cuánticos. Usamos la combinación lineal de la aproximación de estados de puntos cuánticos para obtener los dos niveles de energía más bajos del sistema y poder así estudiar el acoplamiento entre puntos cuando se varía el potencial y la separación entre los puntos.

Este acoplamiento se puede usar como una compuerta cuántica, que es la clave para construir un procesador cuántico. Esta puerta se consigue utilizando el acoplamiento entre los QD y un mecanismo que hace posible activar y desactivar este acoplamiento.  El tiempo requerido para el "cambio" debe ser lo suficientemente largo para que la operación se realice de forma coherente.

En el último capítulo estudiamos una posible fuente de decoherencia debido a la interacción LO-fonón en puntos cuánticos autoensamblados (SAD). Calculamos los índices de captura-escape de electrones como consecuencia de la interacción LO-fonón para sistemas de SAD individual y SAD combinado.

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