On the displacement current in THz quantum nanodevices

En la actualidad, la comunidad cientifica esta trabajando en dispositivos electronicos en la nanoscala para frecuencias de TeraHertzios (THz). Para tales frecuencias, la corriente de desplazamiento -la variacion temporal del flujo electrico- tiene un papel tan relevante como la corriente de la particula. Ademas, para tales dimensiones, las tipicas herramientas de simulacion semi-clasicas tienen que ser sustituidas por otras cuanticas. Sin embargo, el modelado correcto de la corriente de desplazamiento electrico en los escenarios cuanticos implica importantes desafios fundamentales y practicos. El primer problema es el problema de la medicion cuantica que requiere un proceso de medicion multi-tiempo para extraer informacion del sistema abierto en las frecuencias THz. La segunda cuestion esta relacionada con el problema de muchos cuerpos, lo que implica que la interaccion de Coulomb entre todas las particulas debe tenerse en cuenta para obtener correctamente el flujo electrico dependiente del tiempo. En esta tesis, se presenta una solucion practica para ambos problemas basados ​​en la mecanica Bohmiana, una explicacion de los fenomenos cuanticos ​​en terminos de particulas moviendose coreografiadas por una funcion de onda. En particular, se aprovecha la funcion de onda condicional, la definicion Bohmiana de una funcion de onda de un sistema abierto, para proporcionar una solucion practica a ambos problemas. La solucion Bohmiana mencionada para el calculo de la corriente de desplazamiento en dispositivos cuanticos se ha incluido en el simulador BITLLES. Tambien se discute sobre el correcto modelado de la disipacion cuantica dentro del sistema abierto y sus condiciones de contorno espaciales con la funcion de onda condicional. Los mismos problemas tienen muchas dificultades al intentar abordarse con teorias ortodoxas. Como aplicaciones practicas, se investigan los comportamientos de alta frecuencia de los nanodispositivos a base de grafeno con especial atencion al calculo de las corrientes de particulas y desplazamiento. A partir de estos calculos, se argumenta que la definicion de la frecuencia de corte intrinseca (fT) de los nanodispositivos basada en la ganancia de corriente igual a uno (0 dB) necesita ser revisada cuidadosamente. En particular, se establece una condicion para la validez de la estimacion cuasi estatica de fT en terminos de las variaciones temporales de la carga electrica y del flujo electrico. Para los dispositivos electronicos que trabajan en las frecuencias THz, la estimacion cuasi-estatica se vuelve inexacta y se requieren modelos de prediccion mas alla de esta aproximacion. Se ha presentado una propuesta basada en la simulacion en funcion del tiempo del retardo intrinseco que sufren las senales (incluyendo corrientes de particulas y desplazamiento) basada en las ideas mencionadas anteriormente.