Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-18T14:16:14Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2655836 bytes, checksum: 6306e048c6d679513585a208ceaa9e95 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T14:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2655836 bytes, checksum: 6306e048c6d679513585a208ceaa9e95 (MD5) Previous issue date: 2013-03-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Recently, Mesaros, Sadri and Zaanen investigated the rise of Berry phases in the dynamics of quasiparticle in graphene with edge dislocation. In opposition with disclina­tions, dislocations require only finites energies to be created so that is virtually impossible to prepare one crystal, which doesn't have dislocations. Mesaros, Sadri e Zaanen used the theory of classic elasticity, to introduce informations due deslocations, in the Hamiltonian of particle and also used tigth-binding method to describe the system. They obtained that dynamics particle acquires one Berry phase and which this phase can be used at applications in quantic computation. In this work, we use the Katanev and Volovich geometric theory of defects to introduce dislocations in the graphene's sheet. We obtain the metric which descibe edge dislocations. We obtain the Hamiltonian which descibe the dynamic of quasiparticle in the graphene at curved space-time with torsion. Write the Dirac equation to this system and investigate the rise of Berry phase in this system. We show that Berry phase obtained to our system depends of intensity of Burgers vector. / Recentemente, Mesaros, Sadri e Zaanen investigaram o aparecimento de fases de Berry na dinamica de quasiparticulas em grafeno com deslocagoes tipo edge. Em contraste com desclinagoes, as deslocagoes requerem apenas energias finitas para serem criadas, de modo que é virtualmente impossivel preparar um cristal que nao contem deslocagoes. Mesaros, Sadri e Zaanen usaram a teoria da elasticidade classica, para introduzir as infor­magoes devido a deslocacao, no hamiltoniano da particula e usaram metodo tight-binding numa aproximagao de continuo para descrever o sistema. Eles obtiveram que a dinamica da particula adquire uma fase de Berry e que esta fase pode ser usadas para aplicagoes em computagao quantica. Neste trabalho, usamos a teoria geometrica de defeitos de Katanaev e Volovich para introduzir deslocagoes em uma folha de grafeno em uma aproximagao de continuo. Obtemos a metrica que descreve uma deslocagao tipo edge. Obtemos o hamil­toniano que descreve a dinamica das quasiparticulas no grafeno neste espago curvo com torgao. Escrevemos a equagao de Dirac para esse sistemas e investigamos o aparecimento de fases de Berry neste sistema. Mostramos que a fase geometrica obtida para o nosso sistema depende da intensidade do vetor de Burgers.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 686892 bytes, checksum: cec59fce2ac377aef923c62e1cac0207 (MD5) Previous issue date: 2014-06-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / We present an alternative quantum treatment for a generalized mesoscopic RLC circuit with time-dependent resistance, inductance and capacitance. Taking advantage of the Lewis and Riesenfeld and quadratic invariants we obtain exact nonstationary Schrödinger states for this electromagnetic oscillation system. Afterwards, we construct coherent states for the quantized RLC circuit and employ them to investigate some of the system s quantum properties, such as quantum fluctuations of the charge and the magnetic flux and the corresponding uncertainty product. In addition, we derive the geometric, dynamical and Berry phases for this nonstationary mesoscopic circuit. Finally we evaluate the dynamical and Berry phases for three special circuits. Surprisingly, we find identical expressions for the dynamical phase and the same formulae for the Berry s phase. / Apresentamos um tratamento quântico alternativo para um circuito RLC mesoscópico generalizado com resistência, indutância e capacitância dependentes do tempo. Usando o método de invariantes quânticos de Lewis e Riesenfeld e invariantes quadráticos, obtemos os estados de Scrhödinger não-estacionários para este circuito com oscilação eletromagnética. Em seguida, construímos os estados coerentes para o circuito RLC quantizado e os empregamos para investigar algumas das propriedades quânticas do sistema, tais como flutuações quânticas da carga, do fluxo magnético e o produto incerteza correspondente. Além disso, obtemos as fases geométricas, dinâmicas e de Berry para este circuito mesoscópico não estacionário. Finalmente, calculamos as fases dinâmica e de Berry para três casos particulares. Surpreendentemente, encontramos expressões idênticas para a fase dinâmica, e as mesmas expressões para a fase da Berry.

Na busca de um melhor entendimento das propriedades eletrônicas e magnéticas dos isolantes topológicos nos deparamos com uma das suas caraterísticas mais marcantes, a existência de estados de superfície metálicos com textura helicoidal de spin os quais são protegidos de impurezas não magnéticas. Na superfície estes canais de spin possuem um potencial enorme para aplicações em dispositivos spintrônicos. Muito há para se fazer e o tratamento via cálculos de primeiros princípios por simulações permite um caráter preditivo que corrobora na elucidação de fenômenos físicos via análises experimentais. Nesse trabalho analisamos as propriedades eletrônicas de isolantes topológicos tais como: (Bi,Sb)$_2$(Te,Se)$_3$, Germaneno e Germaneno funcionalizado. Cálculos baseados em DFT evidenciam a importância das separações entre as camadas de Van der Waals nos materiais Bi$_2$Se$_3$ e Bi$_2$Te$_3$. Mostramos que devido a falhas de empilhamento, pequenas oscilações no eixo de QLs (\\textit{Quintuple Layers}) podem gerar um desacoplamento dos cones de Dirac, além de criar estados metálicos na fase \\textit{bulk} de Bi$_2$Te$_3$. Em se tratando do Bi$_2$Se$_3$ um estudo sistemático dos efeitos de impurezas de metais de transição foi realizado. Observamos que há quebra de degenerescência do cone de Dirac se houver magnetização em quaisquer dos eixos. Além disso se a magnetização permanecer no plano, além de uma pequena quebra de degenerescência, há um deslocamento do mesmo para outro ponto da rede recíproca. No entanto, se a magnetização apontar para fora do plano a quebra ocorre no próprio ponto $\\Gamma$, porém de maneira mais intensa. Importante enfatizar que além de mapear os sítios com suas orientações magnéticas de menor energia observamos que a quebra da degenerescência está diretamente relacionada com a geometria local da impureza. Isso proporciona imagens de STM distintas para cada sítio possível, permitindo que um experimental localize cada situação no laboratório. Estudamos ainda a transição topológica na liga (Bi$_x$Sb$_{1-x}$)$_2$Se$_3$, onde identificamos um isolante trivial e topológico para $x=0$ e $x=1$. Apesar de óbvia a existência de tal transição, detalhes importantes ainda não estão esclarecidos. Concluímos que a dopagem com impurezas não magnéticas proporciona uma boa técnica para manipulação e engenharia de cone nesta família de materiais, de forma que dependendo da faixa de dopagem podemos eliminar a condutividade que advém do \\textit{bulk}. Finalmente estudamos superfícies de Germaneno e Germaneno funcionalizado com halogênios. Usando uma funcionalização assimétrica e com a avalição do invariante topológico $Z_2$ notamos que o material Ge-I-H é um isolante topológico podendo ser aplicado na elaboração de dispositivos baseados em spin. / In the search of a better understanding of the electronic and magnetic properties of topological insulators we are faced with one of its most striking features, the existence of metallic surface states with helical spin texture which are protected from non-magnetic impurities. On the surface these spin channels allows a huge potential for applications in spintronic devices. There is much to do and treating calculations via \\textit{Ab initio} simulations allows us a predictive character that corroborates the elucidation of physical phenomena through experimental analysis. In this work we analyze the electronic properties of topological insulators such as: (Bi, Sb)$_2$(Te, Se)$_3$, Germanene and functionalized Germanene. Calculations based on DFT show the importance of the separation from interlayers of Van der Waals in materials like Bi$_2$Se$_3$ and Bi$_2$Te$_3$. We show that due to stacking faults, small oscillations in the QLs axis (\\textit{Quintuple Layers}) can generate a decoupling of the Dirac cones and create metal states in the bulk phase Bi$_2$Te$_3$. Regarding the Bi$_2$Se$_3$ a systematic study of the effects of transition metal impurities was performed. We observed that there is a degeneracy lift of the Dirac cone if there is any magnetization on any axis. If the magnetization remains in plane, we observe a small shift to another reciprocal lattice point. However, if the magnetization is pointing out of the plane a lifting in energy occurs at the very $ \\Gamma $ point, but in a more intense way. It is important to emphasize that in addition to mapping the sites with their magnetic orientations of lower energy we saw that the lifting in energy is directly related to the local geometry of the impurity. This provides distinct STM images for each possible site, allowing an experimental to locate each situation in the laboratory. We also studied the topological transition in the alloy (Bi$_x$Sb$_{1-x}$)$_ 2$Se$_3$, where we identify a trivial and topological insulator for $x = 0$ and $x = 1$. Despite the obvious existence of such a transition, important details remain unclear. We conclude that doping with non-magnetic impurities provides a good technique for handling and cone engineering this family of materials so that depending on the range of doping we can eliminate conductivity channels coming from the bulk. Finally we studied a Germanene and functionalized Germanene with halogens. Using an asymmetrical functionalization and with the topological invariant $Z_2$ we noted that the Ge-I-H system is a topological insulator that could be applied in the development of spin-based devices.

Na busca de um melhor entendimento das propriedades eletrônicas e magnéticas dos isolantes topológicos nos deparamos com uma das suas caraterísticas mais marcantes, a existência de estados de superfície metálicos com textura helicoidal de spin os quais são protegidos de impurezas não magnéticas. Na superfície estes canais de spin possuem um potencial enorme para aplicações em dispositivos spintrônicos. Muito há para se fazer e o tratamento via cálculos de primeiros princípios por simulações permite um caráter preditivo que corrobora na elucidação de fenômenos físicos via análises experimentais. Nesse trabalho analisamos as propriedades eletrônicas de isolantes topológicos tais como: (Bi,Sb)$_2$(Te,Se)$_3$, Germaneno e Germaneno funcionalizado. Cálculos baseados em DFT evidenciam a importância das separações entre as camadas de Van der Waals nos materiais Bi$_2$Se$_3$ e Bi$_2$Te$_3$. Mostramos que devido a falhas de empilhamento, pequenas oscilações no eixo de QLs (\\textit{Quintuple Layers}) podem gerar um desacoplamento dos cones de Dirac, além de criar estados metálicos na fase \\textit{bulk} de Bi$_2$Te$_3$. Em se tratando do Bi$_2$Se$_3$ um estudo sistemático dos efeitos de impurezas de metais de transição foi realizado. Observamos que há quebra de degenerescência do cone de Dirac se houver magnetização em quaisquer dos eixos. Além disso se a magnetização permanecer no plano, além de uma pequena quebra de degenerescência, há um deslocamento do mesmo para outro ponto da rede recíproca. No entanto, se a magnetização apontar para fora do plano a quebra ocorre no próprio ponto $\\Gamma$, porém de maneira mais intensa. Importante enfatizar que além de mapear os sítios com suas orientações magnéticas de menor energia observamos que a quebra da degenerescência está diretamente relacionada com a geometria local da impureza. Isso proporciona imagens de STM distintas para cada sítio possível, permitindo que um experimental localize cada situação no laboratório. Estudamos ainda a transição topológica na liga (Bi$_x$Sb$_{1-x}$)$_2$Se$_3$, onde identificamos um isolante trivial e topológico para $x=0$ e $x=1$. Apesar de óbvia a existência de tal transição, detalhes importantes ainda não estão esclarecidos. Concluímos que a dopagem com impurezas não magnéticas proporciona uma boa técnica para manipulação e engenharia de cone nesta família de materiais, de forma que dependendo da faixa de dopagem podemos eliminar a condutividade que advém do \\textit{bulk}. Finalmente estudamos superfícies de Germaneno e Germaneno funcionalizado com halogênios. Usando uma funcionalização assimétrica e com a avalição do invariante topológico $Z_2$ notamos que o material Ge-I-H é um isolante topológico podendo ser aplicado na elaboração de dispositivos baseados em spin. / In the search of a better understanding of the electronic and magnetic properties of topological insulators we are faced with one of its most striking features, the existence of metallic surface states with helical spin texture which are protected from non-magnetic impurities. On the surface these spin channels allows a huge potential for applications in spintronic devices. There is much to do and treating calculations via \\textit{Ab initio} simulations allows us a predictive character that corroborates the elucidation of physical phenomena through experimental analysis. In this work we analyze the electronic properties of topological insulators such as: (Bi, Sb)$_2$(Te, Se)$_3$, Germanene and functionalized Germanene. Calculations based on DFT show the importance of the separation from interlayers of Van der Waals in materials like Bi$_2$Se$_3$ and Bi$_2$Te$_3$. We show that due to stacking faults, small oscillations in the QLs axis (\\textit{Quintuple Layers}) can generate a decoupling of the Dirac cones and create metal states in the bulk phase Bi$_2$Te$_3$. Regarding the Bi$_2$Se$_3$ a systematic study of the effects of transition metal impurities was performed. We observed that there is a degeneracy lift of the Dirac cone if there is any magnetization on any axis. If the magnetization remains in plane, we observe a small shift to another reciprocal lattice point. However, if the magnetization is pointing out of the plane a lifting in energy occurs at the very $ \\Gamma $ point, but in a more intense way. It is important to emphasize that in addition to mapping the sites with their magnetic orientations of lower energy we saw that the lifting in energy is directly related to the local geometry of the impurity. This provides distinct STM images for each possible site, allowing an experimental to locate each situation in the laboratory. We also studied the topological transition in the alloy (Bi$_x$Sb$_{1-x}$)$_ 2$Se$_3$, where we identify a trivial and topological insulator for $x = 0$ and $x = 1$. Despite the obvious existence of such a transition, important details remain unclear. We conclude that doping with non-magnetic impurities provides a good technique for handling and cone engineering this family of materials so that depending on the range of doping we can eliminate conductivity channels coming from the bulk. Finally we studied a Germanene and functionalized Germanene with halogens. Using an asymmetrical functionalization and with the topological invariant $Z_2$ we noted that the Ge-I-H system is a topological insulator that could be applied in the development of spin-based devices.