Neste trabalho, realizamos o estudo da transição metal-isolante e da localização de Anderson na liga de Pb1-xEuxTe do tipo p para x variando de 0 até 0.1. As propriedades de transporte nessa liga (mobilidade, concentração de portadores e resistividade elétrica) foram obtidas utilizando o método de caracterização elétrica por efeito Hall entre as temperaturas de 300 K e 10 K. Nessa região de temperatura, foi possível observar uma transição metal-isolante para x > 0.05. Verificamos que a transição é do tipo Anderson e ocorre devido à desordem presente na liga. Para baixas temperaturas (T < 10 K) e em amostras com x > 0.01, verificamos a presença de magnetorresistência positiva e negativa aplicando campos magnéticos de até 11T. Nas amostras metálicas, a presença de magnetorresistência negativa é causada pelo efeito conhecido como localização de Anderson (efeito de interferência quântica construtiva entre as funções de onda) e a presença de magnetorresistência positiva é causada, principalmente, pelo acoplamento spin-órbita, e é chamada de antilocalização. Nas amostras isolantes, a magnetorresistência negativa é originada pelo efeito Zeeman enquanto que a magnetoresistência positiva é causada pela redução do comprimento de localização. Assim, os valores positivos e negativos da magnetoresistência têm origens diferentes dependendo do regime de condução (metálicoou isolante). Por esse motivo, o estudo dos resultados experimentais apresentados nesse trabalho foi dividido em duas partes: uma parte que trata as amostras metálicas (região de desordem fraca) e outra parte para as amostras isolantes (região de desordem forte). A partir dessa divisão, e utilizando os modelos teóricos disponíveis na literatura, foi possível fazer uma análise das medidas experimentais de magnetotransporte. Como resultado, identificamos os principais mecanismos de interação (espalhamento inelástico, efeito Zeeman, acoplamento spin-órbita, etc.) que interferem no transporte e nos efeitos de localização e antilocalização. / In this work, we investigated Anderson localization and the metal-insulator transition in p-type films of Pb1-xEuxTe for x varying from 0 up to 0.1. The transport properties of this alloy (mobility, carrier concentration and electrical resistivity) were obtained using the Hall method of electrical caracterization for temperatures ranging from 300 K down to 10 K. In this temperature range, it was possible to observe a metal-insulator transition for x > 0:05. The transition is of the Anderson type and is due to the disorder present in the alloy. For low temperatures (T < 10 K) and for samples with x > 0.01, we observed positive and negative magnetoresistance for magnetic fields up to 11 T. For metallic samples, the negative magnetoresistance originates from Anderson’s localization (constructive quantum interference effect between the wave functions) while positive magnetoresistence is caused, mainly, by the spin-orbit scattering, and it is called antilocalization. For insulating samples, negative magnetoresistance is originated from the Zeeman effect while positive magnetoresistance is caused by the localization length reduction. Therefore, positive and negative magnetoresistance values have different origins depending on the conduction regime (metallic or insulating). For this reason, our experimental investigation, presented in this work, was separated into two parts: the first one treats the metallic samples (weak-disorder regime) and the other treats the insulating samples (strong-disorder regime). From this division, and using available theoretical models, it was possible to analyze the magnetotransport experimental measurements. As a result, we identify the main interaction mechanisms (inelastic scattering, Zeeman effect, spin-orbit coupling, etc.) that interfere on the transport and localization and antilocalization effects.

In this thesis, we investigate the coherent scattering of light propagating in a random medium. We are interested in phenomena like the super- and subradiance and Anderson localization that are related to waves interferences and spatial disorder. However, the fundamental difference between subradiance and Anderson localization still needs to be clarified. This thesis gives new elements for the understanding of these phenomena and we present a new method to observe Anderson localization. A mean-field model that does not contain disorder is developed, and we show that super- and subradiance do not require disorder whereas Anderson localization does. In this theoretical work, the coupling between the light and many atoms is reduced to a coupling matrix between the atoms by tracing over the degrees of freedom of the light, which results in a linear problem for the atomic dipoles. The study of the eigenvalues and eigenmodes of this matrix then allows to determine the super- and subradiant modes, and to probe the Anderson localization phase transition with a scaling analysis. Furthermore, the link to the experiment is realized by showing that the intensity fluctuations present an increase at the localization transition. The system is studied in the steady-state regime when the medium is continuously charged by a laser until reaches a stationary regime, and the decay dynamics, when the laser is switched off, so the cloud releases the energy stored. Finally, we present a preliminary work that shows that the diagonal disorder might be a good strategy to reach Anderson localization. / Nesta tese, investigamos o espalhamento coerente de luz propagando em um meio aleatório. Estamos interessados em fenômenos como superradiância, subradiância e localização de Anderson, os quais estão relacionados com interferências de ondas e desordem espacial. No entanto, as diferenças fundamentais entre subradiância e localização de Anderson ainda precisam ser esclarecidas. Esta tese traz novos elementos na compreensão destes fenômenos e apresentamos um novo método para observar a localização de Anderson. Neste trabalho teórico, estudamos os autovalores e os automodos de uma matriz de acoplamento que permite extrair modos super- e subradiantes, e exibem uma transição de fase de localização de Anderson através de uma análise de escalamento. Além disso, a conexão com o experimento é feita através da intensidade irradiada pela nuvem em todas as direções. Distinguimos dois casos: o regime de estado estacionário, quando o meio é continuamente excitado por um laser e alcança um regime estacionário; e o caso dinâmico, onde o laser é desligado e a nuvem libera a energia armazenada. Desenvolvemos um modelo de campo médio que não inclui desordem, e mostramos que super- e subradiância não precisam da desordem para existir, ao contrário da localização de Anderson. Mostramos também que podemos observar uma transição de fase de localização de Anderson na estatística da intensidade. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar que mostra que a desordem diagonal pode ser uma boa estratégia para alcançar a localização de Anderson.

Neste trabalho, realizamos o estudo da transição metal-isolante e da localização de Anderson na liga de Pb1-xEuxTe do tipo p para x variando de 0 até 0.1. As propriedades de transporte nessa liga (mobilidade, concentração de portadores e resistividade elétrica) foram obtidas utilizando o método de caracterização elétrica por efeito Hall entre as temperaturas de 300 K e 10 K. Nessa região de temperatura, foi possível observar uma transição metal-isolante para x > 0.05. Verificamos que a transição é do tipo Anderson e ocorre devido à desordem presente na liga. Para baixas temperaturas (T < 10 K) e em amostras com x > 0.01, verificamos a presença de magnetorresistência positiva e negativa aplicando campos magnéticos de até 11T. Nas amostras metálicas, a presença de magnetorresistência negativa é causada pelo efeito conhecido como localização de Anderson (efeito de interferência quântica construtiva entre as funções de onda) e a presença de magnetorresistência positiva é causada, principalmente, pelo acoplamento spin-órbita, e é chamada de antilocalização. Nas amostras isolantes, a magnetorresistência negativa é originada pelo efeito Zeeman enquanto que a magnetoresistência positiva é causada pela redução do comprimento de localização. Assim, os valores positivos e negativos da magnetoresistência têm origens diferentes dependendo do regime de condução (metálicoou isolante). Por esse motivo, o estudo dos resultados experimentais apresentados nesse trabalho foi dividido em duas partes: uma parte que trata as amostras metálicas (região de desordem fraca) e outra parte para as amostras isolantes (região de desordem forte). A partir dessa divisão, e utilizando os modelos teóricos disponíveis na literatura, foi possível fazer uma análise das medidas experimentais de magnetotransporte. Como resultado, identificamos os principais mecanismos de interação (espalhamento inelástico, efeito Zeeman, acoplamento spin-órbita, etc.) que interferem no transporte e nos efeitos de localização e antilocalização. / In this work, we investigated Anderson localization and the metal-insulator transition in p-type films of Pb1-xEuxTe for x varying from 0 up to 0.1. The transport properties of this alloy (mobility, carrier concentration and electrical resistivity) were obtained using the Hall method of electrical caracterization for temperatures ranging from 300 K down to 10 K. In this temperature range, it was possible to observe a metal-insulator transition for x > 0:05. The transition is of the Anderson type and is due to the disorder present in the alloy. For low temperatures (T < 10 K) and for samples with x > 0.01, we observed positive and negative magnetoresistance for magnetic fields up to 11 T. For metallic samples, the negative magnetoresistance originates from Anderson’s localization (constructive quantum interference effect between the wave functions) while positive magnetoresistence is caused, mainly, by the spin-orbit scattering, and it is called antilocalization. For insulating samples, negative magnetoresistance is originated from the Zeeman effect while positive magnetoresistance is caused by the localization length reduction. Therefore, positive and negative magnetoresistance values have different origins depending on the conduction regime (metallic or insulating). For this reason, our experimental investigation, presented in this work, was separated into two parts: the first one treats the metallic samples (weak-disorder regime) and the other treats the insulating samples (strong-disorder regime). From this division, and using available theoretical models, it was possible to analyze the magnetotransport experimental measurements. As a result, we identify the main interaction mechanisms (inelastic scattering, Zeeman effect, spin-orbit coupling, etc.) that interfere on the transport and localization and antilocalization effects.

In this thesis, we investigate the coherent scattering of light by atoms randomly distributed in space. As described by a model of coupled dipoles, the cooperation in the spontaneous emission process results from purely optical interactions between the atomic internal degrees of freedom. In the optically dilute regime, where the atomic medium can be described by a refractive index, we have shown that light can be deflected with the application of a gradient of magnetic field. In the dense regime, short-range interactions appear to suppress Anderson localization of light even in two dimensions, a result which disassembles the common belief that all waves are localized in two dimensions. We also find that the fringe pattern, resulting from the interference between light scattered by an atomic cloud and that of its specular image, is robust to both disorder averaging and saturation. Finally, we demonstrate two-atom bound states in the two-dimensional motion through the long-range optical coupling. This optical binding effect with an atom pair will be important to investigate the all-optical stabilization of large clouds. / Nesta tese, investigamos o espalhamento coerente de luz por átomos distribuídos aleatoriamente no espaço. Conforme descrito por um modelo de dipolos acoplados, a cooperação no processo de emissão espontânea resulta de interações puramente ópticas entre os graus internos de liberdade dos átomos. No regime opticamente diluído, onde o meio atômico pode ser descrito por um índice de refração, mostramos que a luz pode ser desviada com a aplicação de um gradiente de campo magnético. No regime denso, as interações de curto alcance parecem suprimir a localização de Anderson da luz mesmo em duas dimensões, resultado que desmonta a crença comum de que todas as ondas estão localizadas em duas dimensões. Também descobrimos que o padrão de franjas, resultante da interferência entre a luz espalhada por uma nuvem atômica e a de sua imagem especular, é robusto tanto contra a média em disordem quanto contra saturação. Finalmente, demonstramos estados ligados de dois átomos no movimento bidimensional através do acoplamento óptico de longo alcance. Este optical binding effect com um par de átomos será importante para investigar a estabilização totalmente óptica de nuvens extensas.

In this thesis, we investigate the coherent scattering of light by atoms randomly distributed in space. As described by a model of coupled dipoles, the cooperation in the spontaneous emission process results from purely optical interactions between the atomic internal degrees of freedom. In the optically dilute regime, where the atomic medium can be described by a refractive index, we have shown that light can be deflected with the application of a gradient of magnetic field. In the dense regime, short-range interactions appear to suppress Anderson localization of light even in two dimensions, a result which disassembles the common belief that all waves are localized in two dimensions. We also find that the fringe pattern, resulting from the interference between light scattered by an atomic cloud and that of its specular image, is robust to both disorder averaging and saturation. Finally, we demonstrate two-atom bound states in the two-dimensional motion through the long-range optical coupling. This optical binding effect with an atom pair will be important to investigate the all-optical stabilization of large clouds. / Nesta tese, investigamos o espalhamento coerente de luz por átomos distribuídos aleatoriamente no espaço. Conforme descrito por um modelo de dipolos acoplados, a cooperação no processo de emissão espontânea resulta de interações puramente ópticas entre os graus internos de liberdade dos átomos. No regime opticamente diluído, onde o meio atômico pode ser descrito por um índice de refração, mostramos que a luz pode ser desviada com a aplicação de um gradiente de campo magnético. No regime denso, as interações de curto alcance parecem suprimir a localização de Anderson da luz mesmo em duas dimensões, resultado que desmonta a crença comum de que todas as ondas estão localizadas em duas dimensões. Também descobrimos que o padrão de franjas, resultante da interferência entre a luz espalhada por uma nuvem atômica e a de sua imagem especular, é robusto tanto contra a média em disordem quanto contra saturação. Finalmente, demonstramos estados ligados de dois átomos no movimento bidimensional através do acoplamento óptico de longo alcance. Este optical binding effect com um par de átomos será importante para investigar a estabilização totalmente óptica de nuvens extensas.