Orientador: Aurea Rosas Vasconcellos

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Realizamos o estudo de um plasma duplo, constituído por elétrons e buracos fotoinjetados em um semicondutor polar de gap direto, quando submetida a ação contínua de um laser. Após um curto transitório, o sistema atinge um estado estacionário uniforme. Nessas condições analisamos o espectro...

Resumo: Realizamos o estudo de um plasma duplo, constituído por elétrons e buracos fotoinjetados em um semicondutor polar de gap direto, quando submetida a ação contínua de um laser. Após um curto transitório, o sistema atinge um estado estacionário uniforme. Nessas condições analisamos o espectro de excitações elementares eletrônica e a estabilidade termodinâmica deste sistema longe do equilíbrio. Para o estudo dessas questões nesses sistemas fora do equilíbrio recorremos ao método do operador não estatístico de não equilíbrio na versão devida a D. N. Zubarev. O espectro das excitações elementares é caracterizado através do cálculo do espectro de espalhamento Raman: sua estrutura nos leva a verifica a presença de quatro tipos de excitações elementares eletrônicas, duas já esperadas (as excitações de quasi-partículas individuais e de plasma), porém duas novas na região de baixas freqüências, e com relação a dispersão linear, as quais identificaremos como oscilações de plasma acústico. A seguir, investigamos a estabilidade do estado estacionário homogêneo frente a formação de uma estrutura dissipativa especialmente ordenada a nível macroscópico. Mostramos que no caso do plasma duplo em semicondutor intrínseco não existe formação de ordem espacial. Porém é possível por em evidência uma interessante característica do material: em condições de alta degenerescência estatística a fase original no lado da transição de Mott, é modificada dando lugar a coexistência de duas fases em não-equilíbrio, com uma fração dos portadores constituindo o plasma metálico, e o restante condensados em um estado não-condutor. Finalmente, mostramos que no caso de semicondutores extrínseco, tipo n, também em condições de alta degenerescência, acontece de fato uma transição morfológica com formação de ondas estacionárias de carga de elétrons e de buracos, na forma de uma onda de polarização

Abstract: A double plasma, that of electrons and holes photoinjected in a direct gap polar semiconductor when under continuous laser illuminations is studied. After a short transient has elapsed the system is in a stationary and uniform thermodynamic state. In such conditions in analyze the spectrum...

Abstract: A double plasma, that of electrons and holes photoinjected in a direct gap polar semiconductor when under continuous laser illuminations is studied. After a short transient has elapsed the system is in a stationary and uniform thermodynamic state. In such conditions in analyze the spectrum of elementary electronic excitations and the thermodynamic stability of this far-from-equilibrium system. For that purpose we resort to the nonequilibrium statistical operator method in zubarev's approach. The spectrum of electronic elementary excitations is characterized performing a calculation of the Raman scattering spectra: The structure of the latter allows us to put into evidence the presence of four types of electronic elementary excitations, two already expected (the single quasi-particle excitations and plasmons), but two novels ones in the region of low frequencies and with a linear dispersion relation, which are identified as acoustic plasma oscillations. Next, we look for the instability of the homogeneous stationary state against the emergence of a spatially ordered dissipative structure at the macroscopic level. We are able to show that in the case of the double plasma in intrinsic semiconductor there is not formation of spatial ordering. However, it is possible to put into evidence a quite interesting characteristic of this material: under conditions of high static degeneracy the original phase on the metallic side of Mott transition must be replaced by the coexistence of two non-equilibrium phases, one with a fraction of the carriers in the intinerant conducting state of the plasma, and the rest in a condensed non-conducting phase. Finally, we show that in the case of extrinsic semiconductors, of the n-type, also in conditions of high statistical degeneracy, there follow a morphological transition with formation of steady-state charge density waves of electrons and of holes in the form of a polarization wave