Made available in DSpace on 2015-04-22T22:07:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Otoniel da Cunha Mendes.pdf: 861096 bytes, checksum: f9b0b1f5cbcbb43097be4c0845d285e1 (MD5) Previous issue date: 2008-01-10 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we will investigate the space structure and the dispersion relations of the collective excitations chiral of low frequency that propagate along the edges of a gas of electrons quasi-one-dimensional (GEQ1D) or quantum wire (CF), subject to an intensive field magnetic normal B, known as magnetoplasmons edge (MPB s). Such MPB s, which properties are implicitly connected to the interaction electron-electron of the states of edge, there are investigated inside the Regime Quantum Hall (RHQI) in the lowest level of Landau, n = 0, in samples of heteroestruturas semidrivers based on GaAs, on temperatures not low-greatly, ~ωc À kB T À ~v(e) gn /2􀁣0. Besides, so that the basic paper of the interaction electron-electron can be observed, the use of a gate (a layer of air) to a distance d of the electronic channel is made necessary, in what there must be clear the observation of an armor-plating (strengthening) of the interaction electron-electron. It is possible to say, in the abridged form, which this study bases on a combination of the equations of the density of current linearizada, Poisson and continuity, in such a way that the equations that govern the collective behaviour of the electrons in a narrow electronic channel can be described in the RHQI. In this case, the choice of the profile of density of load (for temperatures not low-great) is shown of basic importance, permetindo analytical getting the resistividades Hall associated to the density of current. So, as soon as the RHQI was maintained for n = 0, we can determine the equations that describe so much the specter of frequency as for space structure of the MPB s. In this form, such a study also complements previous studies as to the MPB s, in individual, when this one spreads the investicações out on the MPB s obtained in extensive electronic channels (Balev et al., 2000 and of that Silva, 2004) for narrow electronic channels. Finally, such equations are computed numerically through programs (developed in FORTRAN and MAPLE) and analysed by graphic way. / Neste trabalho nós investigaremos a estrutura espacial e as relações de dispersão das excitações coletivas quirais de baixa frequência que se propagam ao longo das bordas de um gás de elétrons quasi-unidimensionais (GEQ1D), ou fio quântico(FQ), sujeito a um intenso campo magnético normal B, conhecidas como magnetoplasmons de borda (MPB s). Tais MPB s, cujas as propriedades estão implicitamente relacionadas à interação elétronelétron dos estados de borda, são investigados dentro do Regime Hall Quântico (RHQI) no mais baixo nível de Landau, n = 0, em amostras de heteroestruturas semicondutoras baseadas em GaAs, em temperaturas não-muito-baixas, ~ωc À kB T À ~v(e) gn /2􀁣0. Além disso, para que o papel fundamental da interação elétron-elétron possa ser observado, a utilização de um portão (uma camada de ar) a uma distância d do canal eletrônico se faz necessário, em que deve ser clara a observação de uma blindagem (fortalecimento) da interação elétron-elétron. Pode-se dizer, de forma resumida, que este estudo se baseia numa combinação das equações da densidade de corrente linearizada, Poisson e continuidade, de tal forma que as equações que regem o comportamento coletivo dos elétrons num estreito canal eletrônico possam ser descritas no RHQI. Neste caso, a escolha do perfil de densidade de carga (para temperaturas não-muito-baixas) se mostra de fundamental importância, permetindo a obtenção analítica das resistividades Hall associada à densidade de corrente. Assim, uma vez mantido o RHQI para n = 0, podemos determinar as equações que descrevem tanto o espectro de freqüência quanto a estrutura espacial dos MPB s. Dessa forma, tal estudo também complementa estudos anteriores a respeito dos MPB s, em particular, quando este estende as investicações sobre os MPB s obtidos em extensos canais eletrônicos (Balev et al., 2000 e da Silva, 2004) para estreitos canais eletrônicos. Por fim, tais equações são computadas numericamente por meio de programas (desenvolvidos em FORTRAN e MAPLE) e analisadas por meio gráfico.

<p>In this thesis regimes of quantum degeneracy of electrons and holes in semiconductor quantum wells in a strong magnetic field are studied theoretically. The coherent pairing of electrons and holes results in the formation of Bose-Einstein condensate of magnetic excitons in a single-particle state with wave vector <b>K</b>. We show that correlation effects due to coherent excitations drastically change the properties of excitonic gas, making possible the formation of a novel metastable state of dielectric liquid phase with positive compressibility consisting of condensed magnetoexcitons with finite momentum. On the other hand, virtual transitions to excited Landau levels cause a repulsive interaction between excitons with zero momentum, and the ground state of the system in this case is a Bose condensed gas of weakly repulsive excitons. We introduce explicitly the damping rate of the exciton level and show that three different phases can be realized in a single quantum well depending on the exciton density: excitonic dielectric liquid surrounded by weakly interacting gas of condensed excitons versus metallic electron-hole liquid. In the double quantum well system the phase transition from the excitonic dielectric liquid phase to the crystalline state of electrons and holes is predicted with the increase of the interwell separation and damping rate.</p><p>We used a framework of Green's function to investigate the collective elementary excitations of the system in the presence of Bose-Einstein condensate, introducing "anomalous" two-particle Green's functions and symmetry breaking terms into the Hamiltonian. The analytical solution of secular equation was obtained in the Hartree-Fock approximation and energy spectra were calculated. The Coulomb interactions in the system results in a multiple-branch structure of the collective excitations energy spectrum. Systematic classification of the branches is proposed, and the condition of the stability of the condensed excitonic phase is discussed.</p>

In this thesis regimes of quantum degeneracy of electrons and holes in semiconductor quantum wells in a strong magnetic field are studied theoretically. The coherent pairing of electrons and holes results in the formation of Bose-Einstein condensate of magnetic excitons in a single-particle state with wave vector <b>K</b>. We show that correlation effects due to coherent excitations drastically change the properties of excitonic gas, making possible the formation of a novel metastable state of dielectric liquid phase with positive compressibility consisting of condensed magnetoexcitons with finite momentum. On the other hand, virtual transitions to excited Landau levels cause a repulsive interaction between excitons with zero momentum, and the ground state of the system in this case is a Bose condensed gas of weakly repulsive excitons. We introduce explicitly the damping rate of the exciton level and show that three different phases can be realized in a single quantum well depending on the exciton density: excitonic dielectric liquid surrounded by weakly interacting gas of condensed excitons versus metallic electron-hole liquid. In the double quantum well system the phase transition from the excitonic dielectric liquid phase to the crystalline state of electrons and holes is predicted with the increase of the interwell separation and damping rate. We used a framework of Green's function to investigate the collective elementary excitations of the system in the presence of Bose-Einstein condensate, introducing "anomalous" two-particle Green's functions and symmetry breaking terms into the Hamiltonian. The analytical solution of secular equation was obtained in the Hartree-Fock approximation and energy spectra were calculated. The Coulomb interactions in the system results in a multiple-branch structure of the collective excitations energy spectrum. Systematic classification of the branches is proposed, and the condition of the stability of the condensed excitonic phase is discussed.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-08-06T13:49:01Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Capa- Israel da Silva Torres.pdf: 158346 bytes, checksum: 01c39f4d67d7fdc273c71674b35c71e8 (MD5) Dissertação-Ficha catalografica - Israel da Silva Torres.pdf: 71335 bytes, checksum: 19561f05d5fde66d165f1505dcfe6818 (MD5) Dissertação - Israel da Silva Torres.pdf: 964120 bytes, checksum: 39ffe886b2f8890950ae7ac97cac1c64 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-08-07T13:08:11Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Capa- Israel da Silva Torres.pdf: 158346 bytes, checksum: 01c39f4d67d7fdc273c71674b35c71e8 (MD5) Dissertação-Ficha catalografica - Israel da Silva Torres.pdf: 71335 bytes, checksum: 19561f05d5fde66d165f1505dcfe6818 (MD5) Dissertação - Israel da Silva Torres.pdf: 964120 bytes, checksum: 39ffe886b2f8890950ae7ac97cac1c64 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-08-07T13:12:59Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Capa- Israel da Silva Torres.pdf: 158346 bytes, checksum: 01c39f4d67d7fdc273c71674b35c71e8 (MD5) Dissertação-Ficha catalografica - Israel da Silva Torres.pdf: 71335 bytes, checksum: 19561f05d5fde66d165f1505dcfe6818 (MD5) Dissertação - Israel da Silva Torres.pdf: 964120 bytes, checksum: 39ffe886b2f8890950ae7ac97cac1c64 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-07T13:12:59Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertação - Capa- Israel da Silva Torres.pdf: 158346 bytes, checksum: 01c39f4d67d7fdc273c71674b35c71e8 (MD5) Dissertação-Ficha catalografica - Israel da Silva Torres.pdf: 71335 bytes, checksum: 19561f05d5fde66d165f1505dcfe6818 (MD5) Dissertação - Israel da Silva Torres.pdf: 964120 bytes, checksum: 39ffe886b2f8890950ae7ac97cac1c64 (MD5) Previous issue date: 2012-09-25 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we will make a theoretical investigation over some general properties of edge magnetoplasmos (EMP) - collective quiral excitations which propagates at the edges of a bidimensional solid state plasma (often called bidimensional electronic system- 2DES) under the quantum Hall regime (QHR) with lling factor of = 1(2),with very strong dissipation in the edges, where the Landau levels (LL) intercept the Fermi levels (FL). We will take into account only homogenuous samples, that means, without a consideration of a gate nor an air substrate over the heterostructure; pointed out that the EMP behaviour, especially the wave quality, has a strong dependence on the gate. EMP s were rst reported in the 80 s, and have attracted much attention in the past decade with advent of some new nano-2DES, new experimental methods - as the time- resolved experiments, and nano electronic aplications. Adopting a microscopic model, we could con rm recent works (2010), and we con rmed that even in the strong dissipation regime, here considered, there is still a mode that persists, an edge helicon (EH), with excelent quality - when all other modes are very damped. We also nd new interesting properties of this EH, in fact, we can show that the "window of transparency" of this EH is 10 times bigger then the value so far known from the scienti c literature, its spatial structure was also here accquired with better precision; and it exibits a more smooth behavior if compared to recent articles. / Neste trabalho faremos um estudo teórico acerca de propriedades dos magneto-plasmons de borda (MPB) excitações quirais coletivas e que se propagam nas bordas de um plasma de estado sólido bidimensional (comumente cunhado como um sistema eletrônico bidimensional - SE2D) - sob o regime Hall quântico inteiro (RHQI) com fator de preenchimento = 1(2) e com muito-forte dissipação nas regiões de estados de borda, onde os níveis de Landau (NL) cruzam o nível de Fermi (NF). Serão considerados neste trabalho apenas amostras homogêneas, ou seja, sem a consideração de um gate ou uma camada de ar sobre a heteroestrutura; cujo comportamento dos MPB s, especialmente a qualidade do MPB, tem forte vínculo com propriedades do meio em questão. Os primeiros MPB s foram descobertos na década de 1980, e têm despertado um grande interesse na última década, com o advento de novas nanoestruturas eletrônicas bidimensionais, novos métodos experimentais - como por exemplo os experimentos com tempo-resolvido (time-resolved) e aplicacões diretas em nanoeletrônica. Adotando-se um modelo miscroscópico, pudemos con firmar resultados de trabalhos recentes (2010), e confi rmamos que mesmo no regime de muito-forte dissipação, aqui considerado, ainda há um modo que persiste, um Helicon de Borda (HB), com excelente qualidade - enquanto que todos os outros mo- dos são fortemente amortecidos. Encontramos também novas interessantes propriedades deste HB, em particular, mostramos que "janela de transparência" deste HB é 10 vezes maior do que o valor conhecido na literatura, a estrutura espacial do HB também foi aqui obtida com melhor precisão; e exibe um comportamento mais suave que o apresentado em trabalhos recentes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseSFFPS.pdf: 1833696 bytes, checksum: 2dcb008b4bd422c525fbffa1eb94608c (MD5) Previous issue date: 2004-04-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / Experimental and theoretical studies of the aspects of particle-like and collective behavior of electrons in the proximity of the edges of two-dimensional (2DES) and quasi-one-dimensional (Q1DES) systems, named quantum wires (QWs), in semiconductor heterostructures reveal the important role of the electron-electron interaction on the edge states in the integer quantum Hall regime (IQHR). In this thesis we treat two essentially di&#64256;erent problems concerning the e&#64256;ects of the electron-electron interaction in low-dimensional electron system in the IQHR. The first problem is related to the suppression of the spin-splitting of the lowest Landau level (LL) (n = 0) due to many-body e&#64256;ects (the electron-electron interaction including exchange and correlation e&#64256;ects of the edge states) in QWs in the IQHR, where the electron behavior is particle-like. Two scenarios are discussed for the collapse of the IQHR at &#957; = 1 for an electron channel of e&#64256;ective width W modelling the QW. In the first scenario we assume that there is no electron redistribution in the region limited by W at a critical magnetic field B(1) cr , for which the Fermi level (FL) coincides with the bottom of the highest empty LL, at the threshold of the spin-splitting. For B < B(1) cr the IQHR at &#957; = 1 is termodinamically unstable. This scenario is analyzed within the generalized local density approximation (GLDA) developed here for the QW, at high magnetic fields - &#969;c À &#8486;, where &#969;c and &#8486; are the ciclotronic and lateral confinement (which we assume as parabolic one) frequencies, respectively. In the second scenario, we consider the possibility of a transition for the IQHR at &#957; = 2 with an e&#64256;ective width W/2, at a critical magnetic field B(2) cr . In this scenario, the collapse of the IQHR at &#957; = 1 is studied within the Hartree-Fock approximation (HFA), when the bare factor g0 is neglected (this is a good approximation for QWs based on GaAs). We show that the contribution for the total energy coming from the direct interaction (Hartree term) has a strong e&#64256;ect on B(2) cr due to the high electron redistribution inside the narrow channel that defines the QW at B(2) cr . In both scenarios, the enhanced spin-splitting by exchange is suppressed at the critical magnetic field. From our results, we conclude that only the first scenario explains all the experimental findings obtained by Wróbel et al. and Pallecchi et al.. In the second problem, where the collective aspects of the electron system are dominant, we study the influence of the temperature on the dispersion relation and the spatial structure of the edge magnetoplasmons (EMPs) in wide electron channels in the RHQI at &#957; = 1 (2) and 4, in the range ¯h&#969;c À kB T À ¯hvH gn/2 0, for di&#64256;erent dissipation regimes, by extending the pioneering work by Balev and Studart; here, ¯h is the constant of Planck constant (by 2&#960;), kB is the constant of Boltzmann, vH gn is the group velocity (in Hartree approximation) of the edge states of n-th LL, and 0 is the magnetic lenght. A new mode called the edge helicon is found which is the only one that survive for very strong dissipation regime. For a sake of completeness, the general picture of the other modes is presented in the weak dissipation regime. EMPs in the IQHR for &#957; = 4 are also evaluated for weak dissipation and we find strong renormalization of the pure EMPs when the Coulomb interaction is considered appropriately. In all studied cases the important e&#64256;ect of the gate and the air from a distance d of the wide electron channel is considered. / Diversos estudos experimentais e teóricos, envolvendo tanto o comportamento do tipo partícula quanto coletivo dos elétrons numa estreita região próxima às fronteiras de sistemas bidimensionais (SE2Ds) e quase-unidimensionais (SEQ1Ds), ou fios quânticos (FQs), em heteroestruturas semicondutoras, vêm revelando o importante papel da interação elétron-elétron dos estados de borda no regime Hall quântico inteiro (RHQI). Dois problemas essencialmente diferentes quanto à natureza de sua manifestação, mas interligados quanto ao meio e regime em que são inseridos, são tratados nesta tese. O primeiro problema aborda a supressão do desdobramento de spin do mais baixo nível de Landau (NL) (n = 0) devido a efeitos de muitos corpos (interação elétron-elétron incluindo troca e correlação dos estados de borda) em FQs no RHQI, cujo comportamento eletrônico se manifesta como sendo do tipo de partícula. Aqui são discutidos dois cenários para o colapso do RHQI com &#957; = 1 no FQ com largura efetiva W . No primeiro cenário assumimos que não há redistribuição dos elétrons na região limitada por W na presença de um campo magnético crítico B(1) cr , tal que o nível de Fermi (NF) coincide com o fundo do mais alto NL vazio, no limiar do desdobramento de spin. Para B < B(1) cr o RHQI com &#957; = 1 é instável termodinamicamente. Este cenário é tratado dentro da aproximação da densidade local generalizada (ADLG) desenvolvida aqui para o FQ, em altos campos magnéticos - &#969;c À &#8486;, onde &#969;c e &#8486; são as freqüências ciclotrônica e de confinamento lateral (que nós consideramos como sendo parabólico), respectivamente. No segundo cenário, consideramos a possibilidade de uma transição para o RHQI com &#957; = 2 com uma largura duas vezes menor, W/2, no caso de um campo magnético crítico B(2) cr . Neste cenário, o colapso do RHQI com &#957; = 1 é estudado dentro da aproximação de Hartree-Fock (AHF), quando o fator g0 puro é desprezado (uma boa aproximação para FQs baseados em GaAs). Mostramos que a contribuição para a energia total da interação direta (termo de Hartree) tem um grande efeito sobre B(2) cr por causa da forte redistribuição dentro do canal estreito que cr . Em ambos os cenários, o desdobramento de spin realçado pelo termo de troca é suprimido no campo magnético crítico. De acordo com tais resultados, fomos levados a concluir que somente nosso primeiro cenário explica todas as observações experimentais, obtidas por Wróbel et al. e Pallecchi et al., pertinentes ao nosso estudo. O segundo problema, cujo comportamento eletrônico se manifesta como sendo do tipo coletivo, aborda os efeitos da temperatura sobre a dispersão e a estrutura espacial dos magnetoplasmons de borda (MPBs) em canais eletrônicos largos (ou SE2Ds) no RHQI com &#957; = 1(2) e 4, considerando o intervalo de temperaturas T não-muito-baixas, ¯h&#969;c À kB T À ¯hvH gn/2 0, e diferentes regimes de dissipação, numa extensão ao trabalho pioneiro desenvolvido por Balev e Studart; aqui, ¯h é a constante de Planck (por 2&#960;), kB é a constante de Boltzmann, vH gn é a velocidade de grupo (na aproximação Hartree) dos estados de borda do n-ésimo NL e 0 é o comprimento magnético. Assim, um novo modo denominado hélicon de borda foi encontrado, sendo o único dentre os vários outros modos presentes a sobreviver sob o regime de dissipação muito forte, revelando o importante papel da interação elétron-elétron. Por questão de completeza, um quadro geral dos outros modos é apresentado no regime de fraca dissipação. MPBs no RHQI com &#957; = 4 são também avaliados na região de fraca dissipação, onde é verificada uma forte renormalização dos MPBs puros quando considerada a interação coulombiana entre eles. Em todos casos o importante efeito do portão (gate) e ar a uma distância d dos canais largos é considerado.