Influencia de la dimensionalidad en las propiedades estructurales y electrónicas de nanomateriales semiconductorespuntos cuánticos, nanohilos y nanotubos

Resumo

Esta tesis presenta resultados obtenidos a través de cálculos ab initio realizados con el código parsec, que implementa métodos numéricos en el espacio real basados en la Teoría del Funcional Densidad, empleando pseudopotenciales de norma conservada construidos bajo la prescripción de Troulliers-Martins. Con ellos se ha abordado el estudio de distintas estructuras semiconductoras de baja dimensionalidad: QDs, NWs y NTs de InP con estructura de blenda de zinc y NWs de GaN con estructura wurtzita. Tanto en los QDs como en los NWs se comparan dos tipos de dopado sustitucional negativo, en posición aniónica y catiónica, para evaluar su eficiencia relativa en un régimen de confinamiento cuántico. Para ello se consideran las energías de formación de las distintas impurezas donantes y su tendencia con el tamaño de las nanoestructuras, además de la estabilidad relativa de centros DX, que reducen el número de portadores de carga libres en sistemas dopados negativamente. Se compara la estabilidad de las distintas configuraciones estructurales que presentan estos defectos y se discuten los mecanismos que la controlan. Encontramos que bajo estos criterios es más favorable dopar negativamente por sustitución aniónica en sistemas confinados de semiconductores III-V con estructura de blenda de zinc, mientras que cuando su estructura es de wurtzita ofrecerán un dopado más efectivo al sustituir en posición catiónica. Estudiamos el comportamiento estructural y electrónico de los NTs puros en relación con el tamaño de su cavidad. Observando la variación en la configuración atómica de la superficie interna de la estructura, encontramos que se deforma con respecto a la estructura cristalina regular y presenta un perfil rugoso. Se discuten asimismo las diferencias en la configuración electrónica que ocurren al perder el sistema soporte material, en comparación con nanohilos equivalentes, y cómo esto modifica las propiedades que definen su comportamiento como semiconductor.