Propiedades eléctricas y magnéticas de sistemas de electrones confinados

Abstract

En esta tesis abordamos el estudio de las propiedades de electrones confinados en sistemas de baja dimensionalidad. Los diferentes sistemas estudiados incluyen casos tri y dimensionales donde uno o varios electrones son confinados por potenciales fenomenológicos y sometidos a la atracción de centros coulombianos. Concretamente, se estudia la respuesta de estos sistemas frente a campos externos así como también su factibilidad como qubits para el procesamiento de información cuántica. Se efectúan cálculos numéricos de la polarizabilidad y del tensor de apantallamiento nuclear de átomos de dos electrones confinados dentro de un pozo de potencial Gaussiano atractivo. Se analizan las respuestas eléctricas y magnéticas obtenidas dentro de la aproximación de fase aleatoria del propagador de polarización. También se estudia la inuencia de la profundidad y el alcance del potencial sobre la estructura electrónica. Se calcula la dependencia de las componentes paralela (a lo largo de la dirección de separación) y perpendicular de la polarizabilidad y del tensor de apantallamiento nuclear con la distancia del átomo al centro del pozo. A continuación, se estudian numéricamente las propiedades electrónicas y ópticas de dos electrones confinados en un doble punto cuántico bidimensional. El confinamiento de los electrones en estas pequeñas regiones del espacio, cuyas dimensiones se encuentran en el orden de las decenas de nanómetros, se modela por medio de un potencial de doble pozo Gaussiano. Además, se analizan los efectos de potenciales Coulombianos producidos por la introducción de cargas eléctricas debidas a impurezas en los materiales y la posibilidad de manipular el entrelazamiento de los electrones mediante el control de los parámetros del potencial de confinamiento. Se muestra que el grado de entrelazamiento se encuentra altamente modulado por la ubicación y la magnitud del apantallamiento de la carga del átomo de impureza. Pueden definirse dos regímenes: uno de bajo y otro de alto entrelazamiento, ambos determinados principalmente por la magnitud de la carga. Se muestra que la magnitud de la intensidad del oscilador del sistema es un indicativo de la presencia y características de impurezas y, por lo tanto, del grado de entrelazamiento. Además, para el sistema descripto en el párrafo anterior se resuelve el problema del control por medio de campos de láser pulsados. Estos campos se encuentran numéricamente usando la teoría del control óptimo. En nuestro estudio hacemos énfasis en el control de la localización de la carga. Analizamos los tiempos típicos y los pulsos láser encontrados para este tipo de transiciones. Se analiza el efecto de las impurezas en los protocolos de control diseñados para sistemas limpios. Finalmente, se propone un protocolo de control para la transferencia de carga en un doble punto cuántico. La teoría del control óptimo se usa para obtener resultados numéricos para controlar la localización de la carga en un sistema bi-dimensional a través de campos eléctricos dependientes del tiempo correspondiente a los voltajes de gate experimentales. Nuestro protocolo de control resulta en una prescripción para la navegación del diagrama de estabilidad de carga para producir una transferencia de alta fidelidad del electrón desde un estado fundamental arbitrario a otro a través de la variación de las tensiones de puerta. Se muestra que este esquema permite controlar el sistema con una calidad y eficiencia similar a la del pulso compuesto que permite conducir el sistema al límite de velocidad permitido por la mecánica cuántica.