Nonlinear transport and oscillating magnetoresistance in double quantum wells

The nonlinear regime of low-temperature magnetoresistance of double quantum wells in the region of magnetic fields below 1 T is studied both experimentally and theoretically. The observed inversion of the magnetointersubband oscillation peaks with increasing electric current and splitting of these peaks are described by the theory based on the kinetic equation for the isotropic nonequilibrium part of electron distribution function. The inelastic-scattering time of electrons is determined from the current dependence of the inversion field.

Interlayer interference in double wells in a tilted magnetic field

Magnetotransport measurements on bilayer electron systems reveal repeated reentrance of the resistance minima at filling factors nu=4N+1 and nu=4N+3, where N is the Landau index number, in the tilted magnetic field. At high filling factors, the Shubnikov-de Haas oscillations exhibit beating effects at certain tilt angles. We attribute such behavior to oscillations of the tunneling gap due to Aharonov-Bohm interference effect between cyclotron orbits in different layers. The interplay between quantum and quasiclassical regimes is established.

Interference oscillations of microwave photoresistance in double quantum wells

We observe oscillatory magnetoresistance in double quantum wells under microwave irradiation. The results are explained in terms of the influence of subband coupling on the frequency dependent photoinduced part of the electron distribution function. As a consequence, the magnetoresistance demonstrates the interference of magnetointersubband oscillations and conventional microwave induced resistance oscillations.

Resonance oscillations of magnetoresistance in double quantum wells

We present the experimental and theoretical studies of the magnetoresistance oscillations induced by the resonance transitions of electrons between the tunnel-coupled states in double quantum wells. The suppression of these oscillations with increasing temperature is irrelevant to the thermal broadening of the Fermi distribution and reflects the temperature dependence of the quantum lifetime of electrons. The gate control of the period and amplitude of the oscillations is demonstrated.

Contrasting LH-HH subband splitting of strained quantum wells grown along [001] and [113] directions

Contrasting responses for the temperature tuning of the electronic structure in semiconductor quantum wells are discussed for heterolayered structures grown along (001) and (113) directions. The temperature affects the strain modulation of the deformation potentials and the effective optical gap is tuned along with the intersub-band splitting in the valence band. A multiband theoretical model accounts for the characterization of the electronic structure, highlighting the main qualitative and quantitative differences between the two systems under study. The microscopic source of strain fields and the detailed mapping of their distribution are provided by a simulation using classical molecular-dynamics technics.

Many-Body Effects on the rho(xx) Ringlike Structures in Two-Subband Wells

The longitudinal resistivity rho(xx) of two-dimensional electron gases formed in wells with two subbands displays ringlike structures when plotted in a density-magnetic-field diagram, due to the crossings of spin-split Landau levels (LLs) from distinct subbands. Using spin density functional theory and linear response, we investigate the shape and spin polarization of these structures as a function of temperature and magnetic-field tilt angle. We find that (i) some of the rings ""break'' at sufficiently low temperatures due to a quantum Hall ferromagnetic phase transition, thus exhibiting a high degree of spin polarization (similar to 50%) within, consistent with the NMR data of Zhang et al. [Phys. Rev. Lett. 98, 246802 (2007)], and (ii) for increasing tilting angles the interplay between the anticrossings due to inter-LL couplings and the exchange-correlation effects leads to a collapse of the rings at some critical angle theta(c), in agreement with the data of Guo et al. [Phys. Rev. B 78, 233305 (2008)].

Spin Hall effect due to intersubband-induced spin-orbit interaction in symmetric quantum wells

We investigate the intrinsic spin Hall effect in two-dimensional electron gases in quantum wells with two subbands, where a new intersubband-induced spin-orbit coupling is operative. The bulk spin Hall conductivity sigma(z)(xy) is calculated in the ballistic limit within the standard Kubo formalism in the presence of a magnetic field B and is found to remain finite in the B=0 limit, as long as only the lowest subband is occupied. Our calculated sigma(z)(xy) exhibits a nonmonotonic behavior and can change its sign as the Fermi energy (the carrier areal density n(2D)) is varied between the subband edges. We determine the magnitude of sigma(z)(xy) for realistic InSb quantum wells by performing a self-consistent calculation of the intersubband-induced spin-orbit coupling.

Intersubband-induced spin-orbit interaction in quantum wells

Recently, we have found an additional spin-orbit (SO) interaction in quantum wells with two subbands [Bernardes , Phys. Rev. Lett. 99, 076603 (2007)]. This new SO term is nonzero even in symmetric geometries, as it arises from the intersubband coupling between confined states of distinct parities, and its strength is comparable to that of the ordinary Rashba. Starting from the 8x8 Kane model, here we present a detailed derivation of this new SO Hamiltonian and the corresponding SO coupling. In addition, within the self-consistent Hartree approximation, we calculate the strength of this new SO coupling for realistic symmetric modulation-doped wells with two subbands. We consider gated structures with either a constant areal electron density or a constant chemical potential. In the parameter range studied, both models give similar results. By considering the effects of an external applied bias, which breaks the structural inversion symmetry of the wells, we also calculate the strength of the resulting induced Rashba couplings within each subband. Interestingly, we find that for double wells the Rashba couplings for the first and second subbands interchange signs abruptly across the zero bias, while the intersubband SO coupling exhibits a resonant behavior near this symmetric configuration. For completeness we also determine the strength of the Dresselhaus couplings and find them essentially constant as function of the applied bias.

Substrate orientation effect on potential fluctuations in multiquantum wells of GaAs/AlGaAs

The photoluminescence (PL) technique as a function of temperature and excitation intensity was used to study the optical properties of multiquantum wells (MQWs) of GaAs/Al(x)Ga(1-x)As grown by molecular beam epitaxy on GaAs substrates oriented in the [100], [311]A, and [311]B directions. The asymmetry presented by the PL spectra of the MQWs with an apparent exponential tail in the lower-energy side and the unusual behavior of the PL peak energy versus temperature (blueshift) at low temperatures are explained by the exciton localization in the confinement potential fluctuations of the heterostructures. The PL peak energy dependence with temperature was fitted by the expression proposed by Passler [Phys. Status Solidi B 200, 155 (1997)] by subtracting the term sigma(2)(E)/k(B)T, which considers the presence of potential fluctuations. It can be verified from the PL line shape, the full width at half maximum of PL spectra, the sigma(E) values obtained from the adjustment of experimental points, and the blueshift maximum values that the samples grown in the [311]A/B directions have higher potential fluctuation amplitude than the sample grown in the [100] direction. This indicates a higher degree of the superficial corrugations for the MQWs grown in the [311] direction. (C) 2008 American Institute of Physics.

Anomalous Rashba spin-orbit interaction in InAs/GaSb quantum wells

We theoretically investigate the Rashba spin-orbit interaction in InAs/GaSb quantum wells (QWs). We find that the Rashba spin-splitting (RSS) sensitively depends on the thickness of the InAs layer. The RSS exhibits nonlinear behavior for narrow InAs/GaSb QWs and the oscillating feature for wide InAs/GaSb QWs. The nonlinear and oscillating behaviors arise from the weakened and enhanced interband coupling. The RSS also show asymmetric features respect to the direction of the external electric field. (C) 2008 American Institute of Physics.

New concept for lifting in onshore oil wells

This paper presents the development of a prototype of a tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MAT AE OS (which is the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation). The function of this motor is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. Considering the drawbacks and operational costs of the conventional oil extraction method, which is based on the walking beam and rod, string system, the developed prototype is intended to become a feasible alternative from both technical and economic points of view. At the present time, the MAT AE OS prototype is installed in a test bench at the Applied Electromagnetism Laboratory at the Escola Politecnica da Universidade de Sao Paulo. The complete testing system is controlled and supervised by special software, enabling good flexibility in operation, data acquisition, and performance analysis. The test results indicate that the motor develops a constant lift force along the pumping cycle, as shown by the measured dynamometric charts. Also, the evaluated electromechanical performance seems to be superior to that obtained by the traditional method. The system utilizing the MAT AE OS prototype allows the complete elimination of the rod string sets required by the conventional equipment, indicating that the new system may advantageously replace the surface mechanical components presently utilized.

Anodic-oxide-induced interdiffusion in GaAs/AlGaAs quantum wells

Enhancement of interdiffusion in GaAs/AlGaAs quantum wells due to anodic oxides was studied. Photoluminescence, transmission electron microscopy, and quantum well modeling were used to understand the effects of intermixing on the quantum well shape. Residual water in the oxide was found to increase the intermixing, though it was not the prime cause for intermixing. Injection of defects such as group III vacancies or interstitials was considered to be a driving force for the intermixing. Different current densities used in the experimental range to create anodic oxides had little effect on the intermixing. ©1998 American Institute of Physics.

Production of mosquitoes in rainwater tanks and wells on Yorke Island, Torres Strait: Preliminary study

The Torres Strait in northernmost Queensland, Australia, is subject to periodic outbreaks of dengue. A large outbreak of dengue 2 in 1996-97 affected five islands, resulting in 200 confirmed cases. On most of the affected islands, rainwater tanks were a common breeding site for vector mosquitoes. Rainwater tanks, wells and household containers filled with water are the most common breeding sites for dengue mosquitoes (Aedes aegypti), the primary vector of dengue in Queensland. We report on surveys conducted in February 2002 to measure the productivity of rainwater tanks and wells on Yorke Is. (Torres Strait), the first time the productivity of rainwater tanks has been measured in Australia. Of 60 rainwater tanks sampled, 10 had broken screens. Using a sticky emergence trap, 179 adult mosquitoes were collected, consisting of 63 Aedes scutellaris and 116 Culex quinquefasciatus. One unscreened tank produced 177 (99%) of the adults. A plankton net was used to sample 16 wells; 12 positive wells yielded 111 immature (larvae and pupae) mosquitoes, consisting of 57% and 43% Ae. scutellaris and Cx. quinquefasciatus, respectively. The apparent displacement of Ae. aegypti by Ae. scutellaris is discussed. Measures to reduce the likelihood of future dengue outbreaks are recommended.

Paredes moldadas no edifício Carlton Life Lusíada, São Domingos de Benfica, Lisboa

Define-se como paredes moldadas os elementos estruturais, fabricados em betão armado, construídos “in situ” por meio de escavação no terreno de trincheiras profundas e relativamente largas, sem necessidade de entivações. Estas paredes, mais propriamente designadas por cortinas, são construídas antes da retirada do terreno que vai dar lugar à futura escavação. Devido às características do terreno(terreno mole), a escavação da vala, fez-se utilizando Lamas Tixotrópicas (Bentonite), que são introduzidas à medida que a escavação vai avançando. Estas permanecem no interior da vala, durante as operações de escavação, colocação da armadura e da própria betonagem. Na betonagem, como o peso específico da bentonite é inferior ao do betão, à medida que se vai betonando, a bentonite vai sendo expulsa da trincheira, sendo reaproveitada para painéis a executar posteriormente. A Carlton Life, ao pretender construir uma Unidade de Cuidados Continuados junto ao Hospital dos Lusíadas, para complemento do mesmo, teve que atender à envolvente e às suas condicionantes. A equipa de projecto, neste caso o Gabinete de Projecto Sopsec, com sede no Porto, procedeu ao levantamento das condições existentes assim como dos respectivos condicionamentos. Dado que junto, à futura edificação, do lado Norte, situa-se a Av. Lusíada e sob a mesma, a linha Azul do Metropolitano de Lisboa, a execução da contenção seria condicionada não só pela profundidade das fundações,como pela proximidade da linha de Metro. O alçado Norte, virado para a linha de Metro, teria que ser executado através de paredes moldadas, sem ancoragens, pelo que as paredes teriam que ser escoradas, processo pouco usual, justificando-se assim o interesse deste trabalho. Este relatório refere-se a esta fase da construção do edifício, paredes moldadas e monitorização da respectiva execução.

Wells turbine: fiberglass flanges

A introdução desta tese começa por realizar um enquadramento do projecto em mão, apresentando a central de energia das ondas em que se encontram os componentes em fibra de vidro a projectar. Esta central usa o princípio de variação de coluna de água, e encontra-se localizada na ilha do Pico, Açores. São de seguida apresentados os objectivos deste trabalho, que consistem na selecção de materiais de fabrico dos componentes, desenvolvimento de uma metodologia para projectar juntas aparafusadas em materiais compósitos, dimensionamento e comparação de duas juntas concorrentes em materiais compósitos: junta solicitada à tracção e junta solicitada ao corte, validação da análise e estudo das causas dos vários tipos de falha destas juntas. A parte I deste trabalho é o resultado da pesquisa bibliográfica efectuada para levar a cabo os objectivos definidos. Assim, começa por se fazer uma descrição dos materiais e processos de fabrico que mais se adequam ao presente projecto, nomeadamente fibra de vidro, resinas, tecidos, impregnação manual, RTM e infusão por vácuo. Daqui resultou que os materiais mais adequados para esta aplicação são fibra de vidro do tipo E e resina polyester devido ao seu baixo custo e larga utilização em aplicações estruturais marinhas. O processo de fabrico mais eficiente é a infusão por vácuo devido á sua vocação para pequenas séries de produção, a poupança que permite em termos de mão-de-obra, a complacência com normas de emissão de voláteis e as boas propriedades das partes produzidas. No capítulo II da parte I são discutidos os tópicos relacionados com juntas em materiais compósitos. Da pesquisa levada a cabo conclui-se que as grandes vantagens das juntas aparafusadas são a sua facilidade de montagem e desmontagem, facilidade de inspecção e capacidade de ligar quaisquer tipos de materiais. Quanto à furação de compósitos é importante referir a necessidade de utilizar ferramentas resistentes e parâmetros de maquinação que minimizem o dano infligido aos laminados. Isto é possível através da selecção de ferramentas com passos baixos que reduzam igualmente a dimensão do seu centro estático responsável pela força axial exercida sobre o laminado - principal factor causador de dano. Devem-se igualmente utilizar baixas velocidades de avanço e elevadas velocidades de rotação. É importante salientar a importância da realização de pré-furação, de utilização de um prato de suporte na superfície de saída do laminado e a existência de ferramentas especialmente concebidas para a furação de compósitos. Para detectar e quantificar o dano existente num furo destacam-se os métodos de inspecção ultrasónica e a radiografia. Quanto aos parâmetros que influenciaram o comportamento de juntas aparafusadas destacam-se os rácios largura/diâmetro, distância ao bordo/diâmetro, espessura/diâmetro, pré-tensão, fricção, sequência de empilhamento e respectivas proporções, dimensão das anilhas e folga entre o parafuso e o furo. A pesquisa efectuada visando metodologias de projecto fiáveis ditou a necessidade de utilizar métodos que permitiram determinar o parafuso mais carregado de uma junta, efectuar o cálculo de tensões no mesmo, e ainda métodos que permitam determinar a primeira falha que ocorre no laminado bem como a falha final no mesmo. O capítulo III da primeira parte descreve os métodos de análise de tensões necessários para as metodologias de projecto utilizadas. Aqui é apresentada a teoria clássica da laminação, um método para determinação do parafuso mais carregado, um método analítico baseado na teoria da elasticidade anisotrópica de um corpo e o método dos elementos finitos. O método para determinar o parafuso mais carregado - análise global - consiste num modelo bidimensional de elementos finitos em que 2 laminados coincidentes são modelados com elementos lineares de casca com 4 nós, sendo a extremidade de um laminado restringida em todos os graus de liberdade e a extremidade oposta do segundo laminado carregada com a carga pretendida. Os laminados são ligados através de elementos mola que simulam os parafusos, sendo a sua constante de rigidez previamente calculada para este fim. O método analítico modela o contacto assumindo uma distribuição de pressão cosinoidal ao longo de metade do furo, e é válido para laminados simétricos e quasi-isotrópicos. O método dos elementos finitos é o que mais factores permite ter em conta, sendo os modelos tridimensionais com um elemento por camada os que melhor modelam o estado de tensões experienciado por uma junta aparafusada em materiais compósitos. O tópico de análise de falha é abordado no capítulo 4 da primeira parte. Aqui são apresentados os resultados do world wide failure exercice que compara vários critérios de falha existentes até 2004, fazendo-se referência a desenvolvimentos recentes que têm ocorrido nesta área. O critério de Puck surge como aquele que permite previsões de falha mais exactas. O critério de falha de Hashin 3D foi o escolhido para o presente trabalho, devido à sua facilidade de implementação num modelo de elementos finitos, à sua capacidade para detectar modos de falha subcríticos e à sua utilização em trabalhos anteriores que apresentaram previsões de falha muito próximas dos dados experimentais. Também neste capítulo se apresentaram os vários tipos de falha de uma junta aparafusada em materiais compósitos, apresentando as causas de cada uma. Por fim, na última secção, apresenta-se o método de dano progressivo que se desenvolveu para prever a primeira falha final do laminado. Este é muito interessante tendo permitido previsões de falha muito próximas dos resultados experimentais em trabalhos anteriores. Este método é iterativo e encontra-se dividido em 3 passos: Análise de tensões, análise de falha utilizando o critério de Hashin 3D e degradação de propriedades, de acordo com o tipo de falha detectada. Para além dos passos referidos, existe ainda um quarto responsável pelo fim da análise que consiste na aferição da existência ou não de falha final e respectivo tipo de falha (por pressão de contacto, por tensão ou por esforços de corte). No capítulo V da primeira parte é apresentado o resultado de uma pesquisa das normas de teste necessárias para obter as propriedades dos materiais requeridas para a aplicação dos métodos descritos neste trabalho. A parte II deste trabalho consiste na aplicação dos métodos apresentados na parte I ao caso concreto em estudo. Os softwares Microsoft Excel, Matlab e ANSYS foram utilizados para este fim. A junta começa por ser dimensionada estimando a espessura necessária do componente e o número e características dos parafusos. De seguida foi feita uma análise global à flange em estudo determinando a força suportada pelo parafuso mais carregado. Após esta análise desenvolveu-se um modelo tridimensional de elementos finitos da zona em que se encontra o parafuso mais carregado, utilizando elementos sólidos lineares e isoparamétricos de 8 nós e uma malha gerada pelo método directo. Aplicou-se a este modelo o algoritmo de dano progressivo descrito na primeira parte. Começou por se incluir explicitamente o parafuso, anilhas, pré-tensão e a modelação dos vários contactos com fricção posteriormente simplificado o modelo restringindo radialmente os nós da porção carregada do furo, excluindo os factores mencionados inicialmente. Procurou-se validar o modelo utilizando o método de cálculo de tensões descrito na primeira parte, desenvolvendo um programa em Matlab para o efeito. Tal não foi possível tendo-se incluído a tentativa realizada em anexo. Para efeitos de dimensionamento, desenvolveu-se um modelo de elementos finitos de duas dimensões da junta em causa, utilizando elementos de casca lineares de quatro nós isoparamétricos com uma espessura unitária. Através da análise de tensões efectuada com este modelo, e utilizando um método combinado programado em linguagem paramétrica, foi possível dimensionar as duas juntas concorrentes pretendidas. Este método combinado consistiu no cálculo de tensões em pontos localizados sobre uma curva característica e utilização de um critério de falha quadrático para cálculo da espessura necessária para a junta. O dimensionamento ditou que a junta solicitada à tensão necessita de pelo menos 127% das camadas e do custo de uma junta solicitada ao corte equivalente.