Made available in DSpace on 2016-06-02T20:27:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2634.pdf: 730847 bytes, checksum: 78e230f57f2f8d462d8fe0f28ef3dae7 (MD5) Previous issue date: 2009-10-05 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we present a study of topics related to the Aharonov-Bohm (AB) e®ect. Our framework is that of nonrelativistic quantum mechanics and we use the point of view of mathematical physics. (1) We study the solenoid of finite length and zero radius and compare their self- adjoint extensions with the known case of the solenoid of infinite length and also of zero radius in the plane. (2) By considering an infinitely long cylindrical solenoid of radius greater than zero, mainly in the plane, we present a classification of all self-adjoint SchrÄodinger operators (i.e., the possible boundary conditions on the solenoid border) that mathematically could characterize the AB operator, whose domains are contained in the natural space of twice weakly di®erentiable functions (and, of course, also square integrable). (3) We then consider the traditional Dirichlet, Neumann and Robin boundary conditions on the solenoid border and calculate and compare their scattering matrices and cross sections. Hopefully this could be used to experimentally select one of such extensions. (4) Finally, we discuss a theoretical mechanism we propose to select and so justify the usual AB hamiltonian with Dirichlet boundary conditions on the solenoid. This is obtained by way of increasing sequences of finitely long solenoids together with a natural impermeability procedure; further, it is shown that both limits commute. Such rigorous limits are in the strong resolvent sense. / Neste trabalho apresentamos um estudo de tópicos relacionados ao Efeito Aharonov- Bohm (AB). Nossa abordagem é a da mecânica quântica não-relativística e usamos o ponto de vista da física-matemática. (1) Estudamos o solenóide de comprimento ¯nito de raio zero e comparamos suas extensões auto-adjuntas com as do caso conhecido do solenóide de comprimento infinito também de raio zero no plano. (2) Considerando um solenóide cilíndrico infinito de raio maior do que zero, principalmente no plano, apresentamos uma classificação de todos os operadores de SchrÄodinger auto-adjuntos (isto é, as possíveis condições de fronteira na borda do solenóide) que matematicamente poderiam caracterizar o operador AB, cujos domínios estão contidos no espaço natural das funções duas vezes fracamente diferenciáveis (e, natural- mente, também de quadrado integrável). (3) Então consideramos as tradicionais condições de fronteira de Dirichlet, Neumann e Robin na borda do solenóide e calculamos e comparamos seus operadores de espalhamento e seções de choque. Esperamos que com tal estudo uma dessas extensões auto-adjuntas possa ser selecionada experimentalmente. (4) Final- mente, discutimos um mecanismo teórico que propomos para selecionar, e assim justificar, o usual hamiltoniano de AB com condições de Dirichlet na fronteira do solenóide. Isto é obtido por meio de uma sequência crescente de solenóides de comprimentos finitos junto com um procedimento natural de impermeabilização; além disso, mostramos que ambos os limites comutam. Tais limites rigorosos são no sentido forte do resolvente.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3511.pdf: 19319243 bytes, checksum: e177f4d29b58e26b9530851f33a85734 (MD5) Previous issue date: 2011-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In classical Physics, the motion of an electrically charged particle is affected only by the presence of a magnetic field if the particle enters a region of space in which the field is present. Meanwhile, in quantum Physics, a charged carrier can be affected by the electromagnetic vector potential ~A, even in regions where the magnetic field ~B is not present. This surprising contrast between classical and quantum Physics has been experimentally proven in several beautiful experiments in semiconducting, metallic and superconducting material systems, and has been called Aharonov-Bohm effect. More recently, however, several theoretical works have discussed the plausible existence of this effect even for neutral particles! In this PhD Thesis project it is shown the first clear experimental observation of the Aharonov-Bohm effect in neutral excitons in InAs quantum rings. Signatures of this effect appear as oscillations in the intensity of the photoluminescence emission bands with increasing magnetic fields and also depending on the dimensions of the quantum rings. These oscillations are affected by the uniaxial strain field due to the piezoelectricity of the asymmetric InAs rings, as revealed by the atomic force microscopy, transmission electron microscopy images and X-Ray Diffraction measurements using synchrotron light. A theoretical model that describes the behavior of the excitonic interference pattern and its modulation with temperature and uniaxial electric fields has been used for the interpretation of the experimental data. The detection of AB oscillations mediated by electron-hole pair correlation is a fundamental quantum mechanical effect that will trigger further studies in this area of fundamental physics as well as technological applications. / Em Física clássica, o movimento de uma partícula carregada só é afetado pela presença de um campo magnético se a partícula entrar em uma região do espaço na qual o campo está presente. Ao mesmo tempo, em Física quântica, a partícula contendo carga elétrica pode ser afetada por um potencial eletromagnético ~ A, mesmo em regiões onde o campo magnético ~B é zero. Esse contraste surpreendente entre Física clássica e Física quântica tem sido provado em interessantes experimentos em materiais semicondutores, metais e supercondutores, e tendo sido denominado efeito Aharonov-Bohm. Mais recentemente, entretanto, muitos trabalhos teóricos têm discutido a plausibilidade da existência desse efeito mesmo para partículas neutras! Nessa tese de Doutorado será demonstrado pela primeira vez a observação experimental do efeito Aharonov-Bohm em éxcitons neutros contidos em anéis quânticos de InAs. Assinaturas desse efeito aparecem como oscilações na intensidade integrada das bandas de emissão em experimentos de fotoluminescência com o aumento do campo magnético e dependem também das dimensões dos anéis. Essas oscilações são afetadas pelos campos de compressão/expansão uniaxial devido a piezoeletricidade provinda da assimetria dos anéis, como revelado pelas imagens de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X utilizando luz síncrotron. Um modelo teórico que descreve o comportamento no padrão de interferência excitônico e sua modulação com a temperatura e campos elétricos uniaxiais foi usado para a interpretação dos resultados experimentais. A detecção das oscilações Aharonov-Bohm mediada pela correlação do par elétron-buraco é um efeito fundamental de mecânica quântica e os estudos mostrados aqui poderão não só instigar outras investigações em Física fundamental assim como em aplicações tecnológicas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6767.pdf: 16621562 bytes, checksum: 66df3d9efcbf65c2d47f601b4ef3f3c0 (MD5) Previous issue date: 2015-04-01 / Universidade Federal de Sao Carlos / Quantum dots grown by epitaxial techniques for optical and transport studies are usually capped by a layer of the same material on which the QDs were grown. Recently, several studies have shown how the growth parameters and materials used in this layer significantly affect the morphological, optical and electrical properties of these nanostructures. In this work Indium Arsenide quantum dots capped with a layer of Gallium Arsenide and Antimony are studied. After the growth, a rapid thermal annealing was performed, which improved significantly the size distribution of the quantum dots, increasing the optical eficiency, and inducing a change in the band structure from a Type-I to Type-II. The investigations performed by magnetophotoluminescence have shown that the effects of the topology confinement on the band structure of these quasi zero-dimensional systems are strongly modulated by an external electric field applied parallel to the magnetic field orientation. Purely quantum effects such as Aharonov-Bohm interference and the inversion of the excitonic Landfie g-factor were observed at low temperatures and for specific values of electric fields, showing that the choice of the material and growth conditions of quantum dots capping layer leads to controlled experimental results which could not be achieved using conventional growth methods of semiconductor quantum dots. / Pontos quânticos crescidos por técnicas epitaxiais para estudos ópticos e de transporte são comumente cobertos com uma camada do mesmo material sobre o qual os pontos foram crescidos. Recentemente diversos estudos têm demonstrado como os parâmetros de crescimento e materiais utilizados nesta camada afetam significativamente as propriedades morfológicas, ópticas e elétricas destas nanoestruturas. Neste trabalho são estudados pontos quânticos tradicionais de Arseneto de Índio cobertos com uma camada de Arseneto de Gálio e Antimônio. Após o crescimento foi realizado um tratamento térmico rápido que melhorou significativamente a distribuição de tamanhos dos pontos, com um aumento na eficiência óptica e uma indução na estrutura de bandas do Tipo-I para Tipo-II. As investigações por magnetofotoluminescência revelaram que os efeitos da topologia de confinamento na estrutura de bandas deste sistema quase zero-dimensional são fortemente modulados pela aplicação de um campo elétrico externo paralelo _a orientação do campo magnético. Efeitos de caráter puramente quântico como a interferência Aharonov-Bohm e a inversão do fator-g de Landé excitônico foram observados a baixas temperaturas e para valores específicos de campo elétrico, demonstrando assim que a escolha do material e condições de deposição da camada de cobertura de pontos quânticos levam a efeitos e resultados controlados experimentalmente que não poderiam ser observados utilizando métodos convencionais de crescimento de pontos quânticos semicondutores.