Nessa tese, mostramos que a Hamiltoniana H e o operador helicidade de uma partícula de Dirac que se movimenta em duas dimensões na presença de um tubo de fluxo magnético infinitamente fino na origem admitem, cada um, uma família de quatro parâmetros de extensões auto-adjuntas. Para cada extensão correspondem condições de contorno a serem satisfeitas pelas auto-fuções na origem. Apesar dos operadores H e formalmente comutarem antes da especificação das condições de contorno, para garantirmos a conservação da helicidade, não é suficiente obtermos as mesmas condições de contorno para ambos os operadores, ou seja, não é suficiente a determinação de um domínio comum a ambos. Mostramos que, para certas relações entre os parâmetros das extensões satisfeitas, é possível a determinação dos domínios mais gerais onde ambos os operadores H e são auto-adjuntos e onde a helicidade é conservada, simultaneamente com a preservação da simetria de Aharonov-Bohm ( + 1), onde é o fluxo magnético em unidades naturais. Nossos resultados implicam que, nem a conservação da helicidade nem a simetria de Aharonov-Bohn, resolvem o problema da escolha da condição de contorno fisicamente correta. / We show that both the Hamiltonian H and the helicity operator of a Dirac particle moving in two dimension in the presence of an infinitely thin magnetic flux tube admit each a four- parameter family of self-adjoint extensions. Each extension is in one-to-one correspondence with the boundary conditions (BC\'s) to be satisfied by the eigenfunctions at the origin. Althou- gh the actions af these two operators commute before specification of boundary conditions, to ensure helicity conservation it is not sufficient to take the same BC\'s for both operators. We show that, given certain relations between the parameters of the extensions it is possible to write down the most general domain where both operators H and are self-adjoint with heli- city conservation and also Aharonov-Bohm symmetry ( + 1) preserved, where is the magnetic flux in natural units. The continuity of the dynamics is also obtained. Our results im- ply that neither helicity conservation nor Aharonov-Bohm symmetry by themselves solves the problem of choosing the \"physical \"boundary conditions for this system.

Nessa tese, mostramos que a Hamiltoniana H e o operador helicidade de uma partícula de Dirac que se movimenta em duas dimensões na presença de um tubo de fluxo magnético infinitamente fino na origem admitem, cada um, uma família de quatro parâmetros de extensões auto-adjuntas. Para cada extensão correspondem condições de contorno a serem satisfeitas pelas auto-fuções na origem. Apesar dos operadores H e formalmente comutarem antes da especificação das condições de contorno, para garantirmos a conservação da helicidade, não é suficiente obtermos as mesmas condições de contorno para ambos os operadores, ou seja, não é suficiente a determinação de um domínio comum a ambos. Mostramos que, para certas relações entre os parâmetros das extensões satisfeitas, é possível a determinação dos domínios mais gerais onde ambos os operadores H e são auto-adjuntos e onde a helicidade é conservada, simultaneamente com a preservação da simetria de Aharonov-Bohm ( + 1), onde é o fluxo magnético em unidades naturais. Nossos resultados implicam que, nem a conservação da helicidade nem a simetria de Aharonov-Bohn, resolvem o problema da escolha da condição de contorno fisicamente correta. / We show that both the Hamiltonian H and the helicity operator of a Dirac particle moving in two dimension in the presence of an infinitely thin magnetic flux tube admit each a four- parameter family of self-adjoint extensions. Each extension is in one-to-one correspondence with the boundary conditions (BC\'s) to be satisfied by the eigenfunctions at the origin. Althou- gh the actions af these two operators commute before specification of boundary conditions, to ensure helicity conservation it is not sufficient to take the same BC\'s for both operators. We show that, given certain relations between the parameters of the extensions it is possible to write down the most general domain where both operators H and are self-adjoint with heli- city conservation and also Aharonov-Bohm symmetry ( + 1) preserved, where is the magnetic flux in natural units. The continuity of the dynamics is also obtained. Our results im- ply that neither helicity conservation nor Aharonov-Bohm symmetry by themselves solves the problem of choosing the \"physical \"boundary conditions for this system.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-03-15T13:04:40Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6077553 bytes, checksum: 3cad3094833d2fdc458897bedccb4917 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-15T13:04:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6077553 bytes, checksum: 3cad3094833d2fdc458897bedccb4917 (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we investigate in parallel physical and mathematical aspects inherent to the problem of confinement of massless Dirac fermions in graphene nanostructures. In a low energy approach, we propose models to describe confining systems in graphene and study how the choice of boundary conditions of the problem - or, equivalently, of domains of the Dirac operator - affects the physical properties of such systems. In this scenario, we concentrate essentially on the study of the physical behavior of graphene nanorings and nanoribbons in response to aspects such as topology, edge and interface geometry and interactions with external fields. At the same time, a rigorous investigation concerning formal aspects of the problem and the way that they manifest themselves physically is also performed. In light of the theory of linear operators on Hilbert spaces, we analyze the role played by the notion of self-adjointness in the problem and establish sets of boundary conditions physically acceptable in graphene, which mathematically corresponds to the definition of self-adjoint extensions of the Dirac Hamiltonian from the continuum description. Sets proposed in the treatment of some studied configurations are approached in this context. In addition, we present a particular study in which we examine the influence of topological defects on the physics of massive fermions in graphene in the presence of Coulomb and uniform magnetic fields. / Neste trabalho, investigamos paralelamente os aspectos físicos e matemáticos inerentes ao problema do confinamento de férmions de Dirac sem massa em nanoestruturas de grafeno. Em uma abordagem no limite de baixas energias, propomos modelos para descrever sistemas confinantes no âmbito da física do grafeno e estudamos de que modo a escolha das condições de contorno do problema - ou, equivalentemente, dos domínios do operador de Dirac - exercem influência sobre as propriedades físicas de tais sistemas. Neste cenário, concentramo-nos essencialmente no estudo do comportamento físico de nanoanéis e nanofitas de grafeno em resposta a aspectos como topologia, geometria de borda e interface e interações com campos externos. Ao mesmo tempo, também é realizada uma rigorosa investigação acerca dos aspectos formais do problema e do modo como eles se refletem fisicamente. À luz da teoria dos operadores lineares em espaços de Hilbert, analisamos o papel desempenhado pela noção de self-adjointness na modelagem do problema e estabelecemos conjuntos de condições de contorno fisicamente aceitáveis relativamente ao grafeno, o que corresponde matematicamente à definição de extensões auto-adjuntas do Hamiltoniano de Dirac da descrição do contínuo. Conjuntos propostos no tratamento de algumas das configurações estudadas são abordados neste contexto. Além disso, apresentamos um estudo à parte em que examinamos a influência de defeitos topológicos na física de férmions com massa no grafeno na presença de interações de Coulomb e de campos magnéticos uniformes.