Pontos quânticos: Dentre os diversos sistemas de pontos quânticos que o GPO tem investigado, destacamos o projeto em pontos quânticos com uma característica especial: interfaces tipo II. Nestas estruturas, o elétron e o buraco estão separados espacialmente e somente um deles fica confinado no ponto quântico. A separação espacial dos portadores está diretamente relacionada com o tempo de recombinação, ou seja, o tempo de vida dos portadores. O controle desse parâmetro torna esta estrutura bastante promissora para aplicações em dispositivos ópticos, tais como memórias ópticas. Temos investigado pontos quânticos tipo II de InP/GaAs, Ge/Si e GaSb/GaAs.

Nanofios: Os nanofios têm formatos tipo agulha com diâmetros que variam de 50 a 200 nm e comprimentos que chegam a alguns microns. Temos investigado nanofios de compostos III-V (GaAs, InAs, InP) crescidos pelo método conhecido como VLS (Vapor-Liquid-Solid), catalizado por nanoparticulas metálicas no sistema de CBE (Chemical Beam Epitaxy) no Departamento de Física Aplicada (DFA) do IFGW. Esses materiais costumam possuir estrutura cristalina cúbica (tipo blenda de zinco). No entanto, curiosamente, quando são crescidos na forma de nanofios, eles podem apresentar a estrutura hexagonal (tipo wurtzita). Por ser uma fase cristalina pouco conhecida em compostos III-V, existem poucas informações sobre suas propriedades. O GPO tem investigado intensamente sua estrutura eletrônica e suas propriedades ópticas e vibracionais.

Spintrônica: A combinação das propriedades básicas dos semicondutores com propriedades magnéticas abre uma imensa gama de novos efeitos e a possibilidade de desenvolver novos dispositivos. Uma nova área de pesquisa que explora a ideia de dispositivos baseados não apenas na carga dos portadores, mas também em seu spin, tornou-se conhecida como "spintrônica". Uma das alternativas para este objetivo são os semicondutores semimagnéticos, com a introdução de átomos magnéticos em ligas semicondutoras como o GaMnAs. O GPO tem investigado diferentes heteroestruturas envolvendo este tipo de material. Temos investigado também a possibilidade de utilizar o spin como um grau de liberdade adicional, utilizando estruturas conhecidas como dispositivos de tunelamento ressonante, que poderiam atuar como filtros de spin.

Novas estruturas de carbono: O nanotubo de carbono consiste de uma camada monoatômica de grafite enrolada na forma de um tubo com diâmetro de poucos nanômetros e comprimentos que chegam a alguns microns. Existem nanotubos de uma única camada e com várias camadas cilíndricas concêntricas. A sua estrutura especial leva a propriedades tornam este material especialmente promissor para diversas aplicações, tais como nanossensores de gases, nos quais a detecção é feita por meio de medidas da condutividade do nanotubo, um parâmetro extremamaente sensível à ligação de elementos químicos à estrutura.

As propriedades dos nanotubos podem ser modificadas introduzindo nanoparticulas de diferentes materiais, tais como óxidos de metais (Ti, Pb, ...) aos nanotubos, os chamados nanotubos “decorados”. O grupo tem investigado as propriedades ópticas e os mecanismos de transferência de calor nos nanotubos decorados, um ponto crítico para o desenvolvimento de dispositivos.

O grafeno consiste de uma monocamada de grafite na forma de uma folha. Apesar da semelhança com o grafite, a redução de dimensões gera propriedades especialmente distintas do grafite, o que tem despertado imenso interesse científico não apenas do ponto de vista científico, mas também para novas aplicações práticas. O grupo tem investigado teoricamente os efeitos de localização neste sistema e recentemente começou a fazer medidas da estrutura eletrônica e vibracional deste material por meio de medidas de micro-Raman na presença de campos magnéticos altos.

Técnicas Experimentais:

As principais técnicas experimentais usadas no grupo são as chamadas espectroscopias ópticas.

Nessas técnicas, a amostra é excitada por um feixe de luz (laser) e é analisada a luz absorvida, emitida ou espalhada pela estrutura. Os espectros de intensidade da luz obtidos em função da energia fornecem informações importantes sobre a estrutura eletrônica da estrutura. As medidas são geralmente realizadas a baixas temperaturas (2 K). Contamos com lasers com diferentes energias para excitação e detectores sensíveis a diferentes regiões do espectro para análise. As medidas podem ser feitas em diferentes condições, incluindo, por exemplo, a aplicação de altos campos magnéticos (17 T), medidas com alta resolução espacial e a utilização de laser pulsado ultrarrápido (~3 ps), que permite medidas resolvidas no tempo. Além disso, medidas elétricas de transporte, como por meio do efeito Hall quântico, também são realizadas no GPO.