Electronic structure of quantum dots: response to the environment and externally applied fields

Abstract

En esta Tesis Doctoral se han estudiado teóricamente las propiedades electrónicas y ópticas de electrones y huecos confinados en puntos cuánticos semiconductores mediante el uso del método k·p dentro de las aproximaciones de masa efectiva y de función envolvente. Para tal fin, se han desarrollado modelos computacionales capaces de describir adecuadamente la estructura electrónica de las bandas de conducción y valencia de sistemas sometidos a varios fenómenos de interés. En concreto, se ha prestado especial atención a la respuesta de estas nanoestructuras frente a interacciones con el entorno (tensiones de deformación y piezoelectricidad) y a la aplicación de campos eléctricos y magnéticos externos. Adicionalmente, se ha estudiado la relajación de espín inducida por el acoplamiento espín-órbita teniendo en cuenta todas las posibles fuentes de mezcla de espín mediante modelos tridimensionales. Por último, se ha explorado también la aparición de estados de borde en nanoestructuras formadas por MoS2 monocapa.

In this PhD Thesis we theoretically investigate the optical and electronic properties of semiconductor nanostructures by using the k·p method within the effective mass and the envelope function approximations. To this end, computational models are built to properly describe the conduction and valence bands of nanoscopic systems subject to various relevant phenomena. Particularly, we focus on quantum dots of different shape, dimensions, and composition to explore their behavior under external magnetic fields and interactions with the environment such as strain and piezoelectricity. In addition, the spin-orbit-induced relaxation of the spin degree of freedom confined in quantum dots is also studied taking into account all relevant sources of spin mixing in fully three-dimensional models. Finally, we also study the emergence of edge states in nanoribbons and quantum dots of monolayer MoS2, which is a novel two-dimensional material. The obtained results reveal several interesting features which may be useful for future applications.