Sistemas Nanoestruturados: Heteroestruturas Quasi-Periódicas de Nitretos e Cálculos Ab initio em Polimorfos CaCO3

The physical properties and the excitations spectrum in oxides and semiconductors materials are presented in this work, whose the first part presents a study on the confinement of optical phonons in artificial systems based on III-V nitrides, grown in periodic and quasiperiodic forms. The second part of this work describes the Ab initio calculations which were carried out to obtain the optoeletronic properties of Calcium Oxide (CaO) and Calcium Carbonate (CaCO3) crystals. For periodic and quasi-periodic superlattices, we present some dynamical properties related to confined optical phonons (bulk and surface), obtained through simple theories, such as the dielectric continuous model, and using techniques such as the transfer-matrix method. The localization character of confined optical phonon modes, the magnitude of the bands in the spectrum and the power laws of these structures are presented as functions of the generation number of sequence. The ab initio calculations have been carried out using the CASTEP software (Cambridge Total Sequential Energy Package), and they were based on ultrasoft-like pseudopotentials and Density Functional Theory (DFT). Two di®erent geometry optimizations have been e®ectuated for CaO crystals and CaCO3 polymorphs, according to LDA (local density approximation) and GGA (generalized gradient approximation) approaches, determining several properties, e. g. lattice parameters, bond length, electrons density, energy band structures, electrons density of states, e®ective masses and optical properties, such as dielectric constant, absorption, re°ectivity, conductivity and refractive index. Those results were employed to investigate the confinement of excitons in spherical Si@CaCO3 and CaCO3@SiO2 quantum dots and in calcium carbonate nanoparticles, and were also employed in investigations of the photoluminescence spectra of CaCO3 crystal

As propriedades físicas e o espectro de excitações em materiais óxidos e semicondutores são apresentados neste trabalho, composto primeiramente por um estudo sobre o confinamento de fonons ópticos em sistemas artificiais baseados em nitretos III-V, crescidos periodicamente e quasi-periodicamente. A segunda parte deste trabalho descreve cálculos de primeiros princípios realizados para a obtenção de propriedades optoeletrônicas em cristais de Óxido de Cálcio (CaO) e Carbonato de Cálcio (CaCO3). Para as super- redes periódicas e quasi-periódicas apresentamos aqui algumas propriedades dinâmicas relacionadas a fonons ópticos (de volume e de superfície) confinados obtidos através de teorias simples como o modelo do dielétrico contínuo e a utilização de técnicas como a aproximação da matriz transferência. O caráter de localização dos modos de fonons ópticos confinados, a magnitude das bandas no espectro e a lei de escalas dessas estruturas como função do número de geração das sequências substitucionais são apresentadas. Os cálculos ab initio foram realizados utilizando o software CASTEP (Cambridge Sequential Total Energy Package) baseados nos métodos de pseudopotenciais tipo ultrasoft e na teoria do funcional de densidade (DFT). Foram efetuadas duas diferentes otimiza»c~oes de geometria para os cristais de CaO e para or três polimorfos do CaCO3, segundo as aproximações LDA (aproximação de densidade local) e GGA (aproximação do gradiente generalizado), determinando prorpiedades como parâmetros de rede, tamanho das ligações entre os átomos, densidade de elétrons, estrutura de bandas de energia, densidade de estados eletrônica, massas efetivas dos portadores elétron e buraco, além de propriedades ópticas como constante dielétrica, absorção, reflectividade, condutividade e índice de refração do cristal. Estes dados serão utilizados na realização de estudos sobre o confinamento de excitons em pontos quânticos esféricos Si@CaCO3 e CaCO3@SiO2 e nanopartículas ocas de car- bonato de cálcio, e na investigação do espectro de luminescência do cristal de CaCO3.