Orientador: Antonio Carlos Ferreira Seridonio / Resumo: Esta tese é dedicada ao estudo teórico das propriedades de transp orte eletrônico do grafeno hosp edando um par de átomos adsorvidos em diferentes geometrias. Na primeira delas, verificamos a densidade lo cal de estados (LDOS) do plano de grafeno hos p edando um par de átomos adsorvidos, distantes entre si, no centro de uma célula hexagonal da rede. Nesta primeira configuração, efeitos de correlação revelaram uma es trutura multiníveis na LDOS e padrõ es de batimentos na densidade de estados (DOS) induzida. Amb os efeitos são anisotrópicos e o correm na vizinhança dos p ontos de Dirac. Em um segundo arranjo, estudamos a formação de estados ligados ao contínuo (BICs) adsorvendo um par de átomos em lados op ostos do plano de grafeno e colineares com o centro de uma célula hexagonal. Mostramos que nesta configuração a LDOS é caracterizada p or uma dep endência cúbica na energia e que um mecanismo de interferência Fano destrutiva assistida p or uma correlação de Coulomb nas impurezas leva a formação de BICs. Na terceira geometria, analisamos os efeitos do acoplamento não-lo cal de um par de átomos adsorvidos colineares a um átomo de carb ono da rede na LDOS do grafeno. Em tal arranjo, canais de tunelamento eletrônico distintos dão origem a um fator de interferência Fano q0, que se torna um parâmetro de controle natural do sistema. Verificamos três regimes distintos para o sistema: (i) quando q0 < qc1 (ponto crítico) uma dependência mista do pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, leva o si... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this thesis we present a detailed theoretical study of the electronic transp ort prop erties of graphene systems hosting a pair of adatoms in distinct geometries. In the first one, where the adatoms are placed distant from each other at the center of the hexagonal cell, we verify multilevels struture in the lo cal density of states (LDOS) and b eat patterns in the induced density of states (DOS) profiles due to correlation effects. The b oth findings are anissotropic and o ccour near the Dirac p oint. In the second system, we study the formation of b ound states in the continuum (BICs) in a pair of adatoms on opp osite sides of the graphene sheet and colinear with the center of the hexagonal cell. In such a set, we show that the LDOS is caracterized by a cubic dep endence in energy and that the Fano destrutive interference assisted by Coulomb correlation in the adatoms gives rise to the BICs formation. In the third configuration, we analyze the effects of the nonlo cal coupling in a pair of adatoms collinear to a carb on atom of the graphene sheet. In such a geometry, distinct tunneling paths lead to a Fano factor of interferance q0, which becomes a natural control parameter of the system. In this sense, we verify three distinct regimes: (i) when q0 < qc1 (critical point) a mixed dependence of the pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, gives rise to a phase presenting spin-degenerates BICs; (ii) near to q0 = qc1, we find a pseudogap ∆ ∝ | ε| 2 , where the system is drives to a quan... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Antonio Carlos Ferreira Seridonio / Resumo: O físico italiano Ettore Majorana propôs, no campo da Física de altas energias, a existência de férmions peculiares que têm como característica serem suas próprias antipartículas. No contexto de Física da matéria condensada, tais férmions emergem como quasipartículas de Majorana (MQPs). Da perspectiva da compu- tação quântica, duas MQPs podem compor um férmion regular e atuar como um qubit protegido, que está desacoplado do ambiente e livre do efeito de decoerência. Até onde sabemos, a verificação experimental de uma MQP ainda é questionável, apesar de alguns resultados experimentais, e desta forma, o objetivo desta tese é de propor formas experimentais a fim de ajudar na busca das assinaturas de tais excitações. Como o efeito Fano é um efeito de interferência na qual canais de tunelamento competem entre si pelo transporte eletrônico, ele torna-se uma forma de capturar tais assinaturas das MQPs em sistemas de matéria condensada. Baseado nisto, a ideia é investigar teoricamente três diferentes interferômetros a fim de obter uma assinatura definitiva das MQPs. O primeiro é um interferômetro do tipo Aharanov-Bohm composto por dois quantum dots, sendo um deles acoplado a uma MQP, que se localiza na borda de um fio de Kitaev semi-infinito na fase topológica. Ajustando o nível de Fermi dos terminais e o detuning simétrico dos níveis dos dots, mostrou-se que regimes Fano opostos resultam em uma transmitância caracterizada por distintas regiões condutoras e isolantes, que são marcas ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Italian physicist Ettore Majorana proposed in the field of high-energy Physics the existence of peculiar fermions that constitute their own antiparticles. In the context of condensed matter Physics, these fermions are Majorana quasiparticles (MQPs). From the quantum computing perspective, two MQPs can compose a regular fermion acting as a protected qubit, which is indeed decoupled from the host environment and free of the decoherence effect. To the best of our knowledge, the experimental capture of a MQP up to now is still questionable despite some experimental results, then, the goal of this thesis is to propose helpful experiment manners in revealing signatures from such excitations. As the Fano effect is an interference phenomenon where tunneling paths compete for the electronic transport, it becomes a probe to catch fingerprints of MQPs lying on condensed matter systems. Based on this, the idea is to investigate theoretically three different interferometers in order to obtain a MQP smoking- gun signature. The first one was an Aharonov-Bohm-like interferometer composed by two quantum dots, being one of them coupled to a MQP, which is attached to one of the edges of a semi-infinite Kitaev wire within the topological phase. By changing the Fermi energy of the leads and the symmetric detuning of the levels for the dots, we show that opposing Fano regimes result in a transmittance characterized by distinct conducting and insulating regions, which are fingerprints of an iso... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Robyson dos Santos Machado null (robysonmachado@gmail.com) on 2018-01-29T16:54:54Z No. of bitstreams: 1 Tese_Robyson_29-01.pdf: 10773768 bytes, checksum: 30cf1a501f0e0488a4a7fd641ca89a3d (MD5) / Rejected by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: 1. Verificar a normalização do seu trabalho (por exemplo: inserir palavras-chave após o resumo e abstract), seguindo as orientações da biblioteca. 2. Inserir a ficha catalográfica elaborada pela biblioteca após a normalização do seu trabalho. on 2018-01-29T18:30:28Z (GMT) / Submitted by Robyson dos Santos Machado null (robysonmachado@gmail.com) on 2018-01-30T17:28:31Z No. of bitstreams: 2 Tese_Robyson_29-01.pdf: 10773768 bytes, checksum: 30cf1a501f0e0488a4a7fd641ca89a3d (MD5) Tese_Robyson_FEIS.pdf: 11626510 bytes, checksum: 8eef9dcbe69dc8cabfa8af13f3d9241c (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-30T18:30:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_rs_dr_ilha.pdf: 11541631 bytes, checksum: 95dc986f0b7db1798926b947044f32d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-30T18:30:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_rs_dr_ilha.pdf: 11541631 bytes, checksum: 95dc986f0b7db1798926b947044f32d2 (MD5) Previous issue date: 2017-12-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta tese é dedicada ao estudo teórico das propriedades de transp orte eletrônico do grafeno hosp edando um par de átomos adsorvidos em diferentes geometrias. Na primeira delas, verificamos a densidade lo cal de estados (LDOS) do plano de grafeno hos p edando um par de átomos adsorvidos, distantes entre si, no centro de uma célula hexagonal da rede. Nesta primeira configuração, efeitos de correlação revelaram uma es trutura multiníveis na LDOS e padrõ es de batimentos na densidade de estados (DOS) induzida. Amb os efeitos são anisotrópicos e o correm na vizinhança dos p ontos de Dirac. Em um segundo arranjo, estudamos a formação de estados ligados ao contínuo (BICs) adsorvendo um par de átomos em lados op ostos do plano de grafeno e colineares com o centro de uma célula hexagonal. Mostramos que nesta configuração a LDOS é caracterizada p or uma dep endência cúbica na energia e que um mecanismo de interferência Fano destrutiva assistida p or uma correlação de Coulomb nas impurezas leva a formação de BICs. Na terceira geometria, analisamos os efeitos do acoplamento não-lo cal de um par de átomos adsorvidos colineares a um átomo de carb ono da rede na LDOS do grafeno. Em tal arranjo, canais de tunelamento eletrônico distintos dão origem a um fator de interferência Fano q0, que se torna um parâmetro de controle natural do sistema. Verificamos três regimes distintos para o sistema: (i) quando q0 < qc1 (ponto crítico) uma dependência mista do pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, leva o sistema a uma fase que apresenta BICs spin-degenerados; (ii) próximo à q0 = qc1 quando ∆ ∝ | ε| 2 o sistema é conduzido a uma transição de fase quântica em que a nova fase é caracterizada por BICs magnéticos, e (iii) no segundo valor crítico, q0 > qc2, a dependência cúbica do pseudogap com a energia recupera a degenerescência de spin e a fase com BICs nãomagnéticos é restaurada. Verificamos ainda que um acoplamento local, nesta mesma geometria, não é propício a formação de BICs. No último caso, examinamos a afirmação de que o grafeno livre não demonstra qualquer propriedade ferróica, e mostramos que quando hospedando um par de impurezas ele pode ser conduzido a fases ferroelétrica e multiferróica por meio de um controle da inclinação dos cones de Dirac. A transição para a fase ferroelétrica ocorre gradativamente, enquanto que a fase multiferróica anômala surge abruptamente em uma transição de fase quântica. / In this thesis we present a detailed theoretical study of the electronic transp ort prop erties of graphene systems hosting a pair of adatoms in distinct geometries. In the first one, where the adatoms are placed distant from each other at the center of the hexagonal cell, we verify multilevels struture in the lo cal density of states (LDOS) and b eat patterns in the induced density of states (DOS) profiles due to correlation effects. The b oth findings are anissotropic and o ccour near the Dirac p oint. In the second system, we study the formation of b ound states in the continuum (BICs) in a pair of adatoms on opp osite sides of the graphene sheet and colinear with the center of the hexagonal cell. In such a set, we show that the LDOS is caracterized by a cubic dep endence in energy and that the Fano destrutive interference assisted by Coulomb correlation in the adatoms gives rise to the BICs formation. In the third configuration, we analyze the effects of the nonlo cal coupling in a pair of adatoms collinear to a carb on atom of the graphene sheet. In such a geometry, distinct tunneling paths lead to a Fano factor of interferance q0, which becomes a natural control parameter of the system. In this sense, we verify three distinct regimes: (i) when q0 < qc1 (critical point) a mixed dependence of the pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, gives rise to a phase presenting spin-degenerates BICs; (ii) near to q0 = qc1, we find a pseudogap ∆ ∝ | ε| 2 , where the system is drives to a quantum phase transition exhibiting magnetics BICS, and (iii) for the second critical point (q0 > qc2) the cubic dependence of the pseudogap in energy recover the spin degeneracy, thus restoring the non-magnetic BICs phase. In such geometry, we also verify that the local coupling does not allow the BICs formation. At last, we show that a graphene sheet hosting a pair of impurities can present ferroic and multiferroic phases by controling the slope of the Dirac cones. The transition to the ferroic phase occurs gradatively, while the anomalous multiferroic phase emerges abruptaly by means a quantum phase transition.

Submitted by Fernando Augusto Dessotti null (fernandodessoti@hotmail.com) on 2018-01-30T17:37:28Z No. of bitstreams: 1 Tese oficial.pdf: 12552592 bytes, checksum: e44289b205ab39ad49d51a2f976df63c (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-30T18:39:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dessotti_fa_dr_ilha.pdf: 12552592 bytes, checksum: e44289b205ab39ad49d51a2f976df63c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-30T18:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dessotti_fa_dr_ilha.pdf: 12552592 bytes, checksum: e44289b205ab39ad49d51a2f976df63c (MD5) Previous issue date: 2017-12-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O físico italiano Ettore Majorana propôs, no campo da Física de altas energias, a existência de férmions peculiares que têm como característica serem suas próprias antipartículas. No contexto de Física da matéria condensada, tais férmions emergem como quasipartículas de Majorana (MQPs). Da perspectiva da compu- tação quântica, duas MQPs podem compor um férmion regular e atuar como um qubit protegido, que está desacoplado do ambiente e livre do efeito de decoerência. Até onde sabemos, a verificação experimental de uma MQP ainda é questionável, apesar de alguns resultados experimentais, e desta forma, o objetivo desta tese é de propor formas experimentais a fim de ajudar na busca das assinaturas de tais excitações. Como o efeito Fano é um efeito de interferência na qual canais de tunelamento competem entre si pelo transporte eletrônico, ele torna-se uma forma de capturar tais assinaturas das MQPs em sistemas de matéria condensada. Baseado nisto, a ideia é investigar teoricamente três diferentes interferômetros a fim de obter uma assinatura definitiva das MQPs. O primeiro é um interferômetro do tipo Aharanov-Bohm composto por dois quantum dots, sendo um deles acoplado a uma MQP, que se localiza na borda de um fio de Kitaev semi-infinito na fase topológica. Ajustando o nível de Fermi dos terminais e o detuning simétrico dos níveis dos dots, mostrou-se que regimes Fano opostos resultam em uma transmitância caracterizada por distintas regiões condutoras e isolantes, que são marcas de uma MQP isolada. O dispositivo proposto aqui constitui uma alternativa experimental para detectar as MQPs. O segundo interferômetro é composto por pontas de STM e AFM próximas a um dímero de Kitaev de átomos adsorvidos supercondutores, na qual o átomo adsorvido localizado abaixo da ponta de AFM, encerra um par de MQPs. Para uma energia de ligação ∆ do par de Cooper delocalizado nos átomos adsorvidos abaixo das pontas coincidente com a amplitude de tunelamento t entre eles, ou seja, ∆ = t, mostrou-se que somente uma MQP abaixo da ponta de AFM hibridiza com o átomo adsorvido abaixo das pontas de STM, e para esta situação, o padrão de Fano permanece como universal. Mas para o caso das duas MQPs conectadas ao átomo adsorvido abaixo das pontas de STM, foi verificado que tal característica universal foi quebrada. O terceiro e último interferômetro é composto por dois quantum dots assimetricamente acoplados a MQPs isoladas que se localizam em duas cadeias de Kitaev na fase topológica. Este dispositivo habilita a medição da MQP em uma forma distinta do pico zero-bias. Mais importante, o sistema se comporta como um seletor de correntes composto por dois caminhos distintos: (i) para o dot superior conectado a ambas as cadeias, o dispositivo percebe ambas as MQPs como um férmion regular e a corrente atravessa somente o dot inferior, pois a corrente no dot superior é impedida devido a presença de um gap supercondutor; e (ii) pela leve supressão da hibridização do dot superior com a cadeia, a corrente é abruptamente trocada para fluir através deste mesmo dot, uma vez que um elétron é armadilhado como um estado ligado ao contínuo (BIC) surge no dot inferior. Tal seletor de corrente entre os dots inferior e superior caracteriza uma transição de fase quântica, que possibilita não somente a revelação de MQPs, mas também produz um seletor de corrente assistido por elas. / The Italian physicist Ettore Majorana proposed in the field of high-energy Physics the existence of peculiar fermions that constitute their own antiparticles. In the context of condensed matter Physics, these fermions are Majorana quasiparticles (MQPs). From the quantum computing perspective, two MQPs can compose a regular fermion acting as a protected qubit, which is indeed decoupled from the host environment and free of the decoherence effect. To the best of our knowledge, the experimental capture of a MQP up to now is still questionable despite some experimental results, then, the goal of this thesis is to propose helpful experiment manners in revealing signatures from such excitations. As the Fano effect is an interference phenomenon where tunneling paths compete for the electronic transport, it becomes a probe to catch fingerprints of MQPs lying on condensed matter systems. Based on this, the idea is to investigate theoretically three different interferometers in order to obtain a MQP smoking- gun signature. The first one was an Aharonov-Bohm-like interferometer composed by two quantum dots, being one of them coupled to a MQP, which is attached to one of the edges of a semi-infinite Kitaev wire within the topological phase. By changing the Fermi energy of the leads and the symmetric detuning of the levels for the dots, we show that opposing Fano regimes result in a transmittance characterized by distinct conducting and insulating regions, which are fingerprints of an isolated MQP. The setup proposed here constitutes an alternative experimental tool to detect MQPs. The second one is composed by STM and AFM tips close to a Kitaev dimer of superconducting adatoms, in which the adatom placed under the AFM tip, encloses a pair of MQPs. For the binding energy ∆ of the Cooper pair delocalized into the adatoms under the tips coincident with the tunneling amplitude t between them, namely ∆ = t, we find that only one MQP beneath the AFM tip hybridizes with the adatom coupled to the STM tips, and for this situation, the Fano pattern is still universal. But for the case of two MQPs connected to the adatom beneath the STM tips, we verify that such a universality is broken. The third and last one is composed by two quantum dots asymmetrically coupled to isolated MQPs, lying on the edges of two topological Kitaev chains. This setup enables us to probe MQPs in a quite distinct way from the zero-bias peak feature. Most importantly, the system behaves as a current switch made by two distinct paths: (i) for the upper dot connected to both chains, the device perceives both MQPs as an ordinary fermion and the current crosses solely the lower dot, since current in the upper dot is prevented due to the presence of the superconducting gap; and (ii) by suppressing slightly the hybridization of the upper dot with one chain, the current is abruptly switched to flow through this dot, once a trapped electron as a bound state in the continuum (BIC) appears in the lower dot. Such a current switch between upper and lower dots characterizes a quantum phase transition, which enables not only the fundamental revealing of MQPs, but also yields a current switch assisted by them.

Les propriétés optiques et vibrationnelles de nanoparticules métalliques individuelles ont été étudiées par spectroscopie par modulation spatiale (SMS), avec une attention particulière aux effets de forme, composition, environnement local, ainsi que de couplage inter-particule. La réponse optique de nanoparticules (métalliques au cœur-couronne métal-diélectrique) allongées et des particules bimétalliques (hétérodimères or-argent) a été mesuré et en suite interprétée grâce à une corrélation avec la caractérisation morphologique de la même particule obtenue par microscopie à transmission électronique et avec des simulations par éléments finis prenants en compte la réelle géométrie du nano-objet et le substrat. Une technique pompe sonde résolue en temps a été en suite utilisée pour étudier le profil Fano dans l'absorption d'une particule d'or au sein d'un hétérodimères or-argent. Sur une échelle de temps des quelques dizaines de picosecondes, les vibrations acoustiques multimodales de nanobipyramides d'or individuelles ont été optiquement détectées et caractérisées par rapport à un modèle élastique classique / Optical and vibrational properties of individual metal-based nanoparticles have been investigated by spatial modulation spectroscopy (SMS), focusing on their dependence on nano-object shape, composition, environment and inter-particle coupling. Quantitative investigations of the optical response, and in particular, the surface plasmon resonance (extinction cross-section amplitude, spectral position and linewidth) of elongated metal or metal-dielectric (gold nanorods, nanobipyramids with or without silica coating) and bimetallic (gold-silver heterodimers) nanoparticles deposited on a substrate have first been performed. The same nanoparticles were characterized by electron microscopy permitting quantitative interpretation of their optical response using finite element numerical simulations, taking into account the influence of the substrate. Combining SMS microscopy with a high sensitivity femtosecond two-color pump-probe setup, the ultrafast dynamics of single nano-objects has been investigated. The Fano absorption profile of a gold nanoparticle within a single gold-silver heterodimer, a parameter not accessible by linear spectroscopy, was directly measured. On a picosecond time-scale, multimodal acoustic vibrations of single gold nanobipyramids were optically lunched and detected, and their features compared to a model based on continuum elasticity