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Simulación Numérica Directa de la Formación de Excitones en Pozos Cuánticos de GaAs: Efectos del Confinamiento, Impurezas Donadoras y Campo Magnético Externo

Published 2025-07-17
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Abstract

Presentamos un estudio numérico de los estados excitónicos en pozos cuánticos de GaAs incrustados en barreras de Al₀.₃Ga₀.₇As, enfocado en los efectos del confinamiento cuántico y las impurezas donadoras. Utilizando el método de elementos finitos en coordenadas cilíndricas, resolvemos la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo para obtener las funciones de onda del electrón y el hueco sin asumir formas de prueba. Se realiza un barrido paramétrico del grosor del pozo, desde 0.1 nm hasta 20 nm, para analizar el comportamiento dependiente del confinamiento. La energía de enlace del excitón se calcula a partir del integral de interacción de Coulomb entre las funciones de onda espacialmente resueltas. Nuestros resultados muestran que el confinamiento incrementa la cuantización de energía y modula el acoplamiento excitónico, mientras que la presencia de una impureza donadora aumenta significativamente la localización de la función de onda y la energía de enlace. En comparación con enfoques variacionales, nuestro método ofrece mayor precisión y flexibilidad para modelar estructuras realistas, incluyendo impurezas y condiciones de frontera complejas. Este marco proporciona una visión detallada de los mecanismos de formación de excitones y puede extenderse para modelar campos externos, efectos de tensión o heteroestructuras más complejas, ofreciendo una herramienta valiosa para el diseño de la próxima generación de dispositivos optoelectrónicos y cuánticos.

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