Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1974687 bytes, checksum: 8f624027533ea389c076529b9f422cb9 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In the limit of low energy, graphene can be described by a theory of free massless Fermions. In this work, we write a non-Euclidean metric that represents graphene and introduce a non-Abelian gauge field due to the presence of topological defects (disclinations). Furthermore, in this background, we study the elastic scattering of Fermions by these defects. Afterwards, we obtain the phase shift angle and the scattering amplitude. We also discuss the influence of these results to transport properties. In this approach, we apply a uniform magnetic field perpendicular to the graphene sheet. Thus, the system also becomes described by an Abelian gauge field and we observe that occurs the break of the degeneracy of Landau levels with possible physical implications for the study of the quantum Hall effect in graphene. In addition, we study the dynamics of Dirac spinors in the presence of a confining potential, as the Dirac oscillator, and the spatial confinement of electrons in a graphene structure in the shape of a ring with topological defects. Finally, we find that the dynamics of spinors is affected by this geometry and the disclination. / No limite de baixas energias, o grafeno pode ser descrito por uma teoria de férmions livres sem massa. Neste trabalho, escrevemos uma métrica não-Euclidiana que representa o grafeno e introduzimos um campo de gauge não-Abeliano devido a presença de defeitos topológicos (desclinações). Neste pano de fundo, estudamos o espalhamento elástico de férmions por esses defeitos. Depois, obtemos o ângulo de mudança de fase e a amplitude de espalhamento. Discutimos também a influência destes resultados em propriedades de transporte. Nesta abordagem, aplicamos um campo magnético uniforme e perpendicular a folha de grafeno. Assim, o sistema também passa a ser descrito por um campo de gauge Abeliano e observamos que ocorre a quebra da degenerescência dos níveis de Landau com possíveis implicações físicas para o estudo do efeito Hall quântico no grafeno. Além disso, estudamos a dinâmica dos spinores de Dirac na presença de um potencial confinante, como o Oscilador de Dirac, e o confinamento espacial dos elétrons em uma estrutura de grafeno no formato de um anel com defeito topológico. Finalmente, encontramos que a dinâmica dos spinores é afetada por esta geometria e pelas desclinações.

Orientadores: Peter Alexander Bleinroth Schulz, Ana Luiza Cardoso Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T03:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Munoz_WilliamArmando_M.pdf: 8434738 bytes, checksum: d59e43facc73d2ca570f8291de7f22cc (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nós estudamos os efeitos da quebra de simetria e de desordem no espectro de energia de um elétron numa bicamada de grafeno. O problema foi abordado através de simulações numéricas considerando um Hamiltoniano tight-binding para uma rede retangular topologicamente equivalente à rede hexagonal do grafeno que nos permite incluir de forma simples os efeitos do campo magnético através da substituição de Peierls. O problema de quebra de simetria foi observado quando consideramos a aplicação de uma diferença de potencial entre as camadas. Neste contexto, é observada uma quebra completa na degenerescência do nível de Landau de energia zero devida à aplicação desta diferença de potencial entre as camadas. Acompanhamos este mecanismo de quebra de degenerescência para uma situação onde a diferença de potencial entre camadas é mantida fixa enquanto o campo magnético é aumentado. Isto mostra a possibilidade de controlar a abertura de gaps através da variação do campo magnético na bicamada de grafeno e está de acordo com o que foi recentemente observado experimentalmente. Observamos também um comportamento para a separação em energia desta quebra de degenerescência do tipo vB para valores do campo magnético B<60 Teslas, enquanto que para campos maiores é obtido um comportamento assintótico para energias próximas da separação (Vg) do desdobramento do nível de Landau central. Um mapeamento das funções de onda dos estados envolvidos nesta quebra de degenerescência, mostra um esquema diferente para regimes diferentes de campo magnético. Conseguimos verificar claramente como a quebra da degenerescência do nível de Landau central está relacionada com uma quebra da degenerêscencia entre as duas camadas da bicamada e também entre as duas sub-redes que formam o grafeno. O segundo problema abordado neste trabalho é relacionado à introdução de duas vacâncias acopladas na bicamada de grafeno. Em presença de um campo magnético perpendicular ao plano das camadas mostramos como estados localizados ao redor do defeito com energias entre os níveis de Landau são introduzidos pela presença das vacâncias acopladas. Estes estados para baixas energias formam uma molécula de vacâncias que pode ser facilmente polarizável pela aplicação de um potencial entre as camadas / Abstract: We studied the symmetry breaking and disorder effects on energy spectrum of an electron in a bilayer graphene. We used numerical calculation considering a 2D tight-binding model for a rectangular lattice which not changes the hexagonal lattice topology and where the magnetic field effects are easily calculated. The breaking symmetry problem was considered through the application of a potential difference between both layers in the bilayer graphene. In this case, we observe a complete degeneracy breaking of the energy-zero Landau level due to the application of this potential difference between the two layers. We followed this degeneracy breaking considering a potential difference constant while the magnetic field was increasing. That shows a possibility to control the opening of the gap by means of the magnetic fields in the bilayer graphene which is in agreement with recent experimental results. We also shown that this gap increases with a root of B for values of B<60T, while in the high magnetic field regime (B>60T) the energy dependency of the gap shows a asymptotic behavior with B, which tends to energy values close to Vg. We mapped the wave functions amplitudes of states related to the splitting of the zero-energy Landau level and we found that this electronic charge distribution is different depending on magnetic field regime. We verified clearly as this splitting is related to a layers degeneracy breaking as well as a sublattice (valley) degeneracy breaking. The second problem considered in this thesis is related to the introduction of two coupled vacancies in the bilayer graphene. In presence of a perpendicular magnetic field, we show that two coupled vacancies in the bilayer graphene introduce states with a charge-density distribution localized close to the defect and energies between consecutives Landau levels. These states for lowest energies form a vacancy molecule which can be easily polarized by applying of a potential between the two layers in bilayer graphene / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Eduardo Granado Monteiro da Silva, Juan Carlos Paredes Campoy / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:45:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ardito_FabioMachado1984-_M.pdf: 6352423 bytes, checksum: edd5885909fe50631ed33ee3dcd760ec (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Espectroscopia Raman é uma ferramenta muito versátil e poderosa na investigação de mudanças de fase estruturais ou eletrônicas, principalmente quando aliada à possibilidade de se atingir altos campos magnéticos e baixas temperaturas. Neste projeto, introduzimos uma montagem capaz de caracterizar as propriedades de transporte eletrônico simultaneamente à obtenção de espectros Raman nestas condições de temperatura e campo, visando possibilitar a verificação in-situ do comportamento macroscópico do material a ser estudado. Descrevemos aqui o procedimento de montagem experimental, configuração, automação otimização deste sistema. Níveis de ruído muito baixos foram obtidos,consistentes como esperado pelas especificações dos instrumentos utilizados. A montagem foi aplicada a dois casos de interesse à Física do Estado Sólido. Primeiramente, níveis de Landau em grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), oriundos da quantização dos níveis de energia dos portadores de carga sob ação de um campo magnético, foram diretamente observados por espectroscopia Raman. Simultaneamente, foram realizadas medidas de magnetorresistência feito Hall no HOPG, que comprovaram a reprodutibilidade de efeitos quânticos já reportados na literatura. Também foram investigadas as origens do acoplamento spin-fônon gigante na perovskita dupla Ba2FeReO6, obtendo-se a frequência de um modo de estiramento do oxigênio, em baixas temperaturas sob um campo magnético de 1,5 tesla, simultaneamente a medidas de magnetorresistência. Estas últimas serviram como uma sonda indireta da orientação relativa dos domínios magnéticos neste material, comprovaram que as medidas de Raman com campo foram tomadas com os domínios orientados. A ausência de qualquer mudança na frequência do modo de vibração com o campo aplicado indica que o grau de liberdade orbital dos elétrons 5d do Re não é important no mecanismo de acoplamento spin- fônon neste material / Abstract: The Raman Spectroscopy is a powerful and versatile tool in the investigation of structural and electronic phases transitions, specially when allied with the possibility of reaching high magnetic fields and low temperatures. In this project, we introduce an assembly capable of characterizing electronic transport properties simultaneously to the Raman spectra acquisition, in such conditions, allowing in situ verification of the macroscopic behavior of the material under study. We describe in this dissertation the procedures of assembly, configuration, automation and optimization of such system. Very low noise levels were obtained, in agreement with the specifications of the instruments used in this system. The assembly was employed in two cases of interest for solid stat physics. First, Landau Levels in highly ordered pyrolytic graphite (HOPG), due to energy quantization of charge carriers by a magnetic field, were directly observed by Raman spectroscopy. Simultaneously, magnetor sistanc and Hall effect measurements were carried out for HOPG, attesting the reproducibility of quantum effects already reported in the literature . Also, the origin of giant spin-phonon coupling into the double perovskit Ba2FeReO6 was investigated by obtaining the frequency of the oxygen stretching mode at low temperatures and under a magnetic field of 1.5 tesla, simultaneously to magnetoresistance measurements. The latter were taken as an indirect probe of the relative orientation of the magnetic domains in the material, proving that the Raman experiments with field were obtained with oriented domains. The absence of any change in the frequency of this mode with field indicat that the orbital degree of freedom of the Re 5d electrons is not important for the mechanism of spin-phonon coupling in this material / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Ana Luiza Cardoso Pereira, Luiz Eduardo Moreira Carvalho de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T09:45:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SolisLerma_DanielAlejandro_M.pdf: 11339360 bytes, checksum: 0efee568f2b70411f8fcb14075392b26 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos de bordas com terminações perfeitamente definidas de uma rede de grafeno no regime Hall quântico sobre as propriedades eletrônicas deste sistema. O problema foi abordado com uso da aproximação tight-binding incluindo os efeitos do campo magnético e desordem no modelo. Estudou-se primeiramente o efeito das bordas nos níveis de energia do sistema, em espectros tipo borboleta de Hofstadter. Então o foco foi analisar as propriedades de localização eletrônica dos estados de borda, e as particularidades da distribuição das funções de onda nestes casos. Para investigar os estados de borda e determinar, para cada um dos estados eletrônicos, o quanto da função de onda encontra-se localizada nas bordas, foi criada uma quantidade nomeada Edge Fraction, denida como a somatória das amplitudes da função de onda na região das bordas, que numa aproximação semiclássica foi aqui considerada como a região delimitada por uma distância 2'B das bordas, onde 'B é o comprimento magnético. Com o uso do Edge Fraction, analisando-se as contribuições armchair e zigzag separadamente, em redes de grafeno quadradas, encontrou-se que há regiões de energia onde as funções de onda claramente cam mais localizadas num determinado tipo de borda. Este comportamento presume-se que é produto da competição que existe entre os potenciais devidos à presença de bordas e desordem no sistema, que evidenciam-se também no espectro de energia tipo borboleta de Hofstadter. Os resultados obtidos contribuem para o entendimento das propriedades de localização em redes de grafeno com bordas / Abstract: In this work the effects of sharp edges in the electronic properties of graphene lattices in the quantum Hall regime were studied. The problem was addressed using the tight-binding approximation including the effects of the magnetic eld and disorder in the model. It was studied at rst the effect of the edges in the energy levels of the system, through Hofstadter's buttery-like spectrum. Then we focused on analysing the localization properties of edge states and the particularities of the wave function distributions for these cases. To investigate the edge states and to determine, for each electronic state, how much of the wave function is localized at the edges, it was created a quantity called Edge Fraction. This quantity was dened as the probability density sum in the edge region, which in a semi-classical approximation, was considered here as the region limited by a distance 2'B from the edges, where 'B is the magnetic length. Using the Edge Fraction and analysing the contributions of armchair and zigzag edges separately, in squared lattices, it was found that there are energy regions where the wave functions are clearly more localized in a specic edge type. This behaviour is believed to be a result of the competition between the potential due to the presence of the edge and the potential due to the disorder in the system, which are also present in the Hofstadter energy spectrum. The results obtained contribute to the understanding of the localization properties of graphene lattices with edges / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1247644 / CAPES

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-13T11:51:46Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 831966 bytes, checksum: a9f68724ebd2fdd53f6f561f0f45d42c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T11:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 831966 bytes, checksum: a9f68724ebd2fdd53f6f561f0f45d42c (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Inertial effects, such as Coriolis’ and centrifuge forces play an interesting role on classical mechanics and currently has been largely used in quantum mechanics, including in analogies with the electromagnetic effects. However, these analogies between the inertial forces on the massives particules and the electromagnetic forces on charged particles is not new. They were explored by Aharonov and Carmi in 1970 and by Tsai and Nelson in 1988 in the context of a rotational quantum phase like an Aharonov-Bohm phase. Based in this analogy, Dattoli and Quattromini, introduced Coriolis’ analogue quantum states to Landau levels. In 1915, Barnett had already published a paper about magnetization due to rotation which recently had a renewed interest applyed to nanostructures. A rotational analogy of the classical Hall effect was proposed and rotational inertial forces were studied in spintronic. Energy spectra like Landau levels appear under the action of Coriolis forces when the centrifuge force acting on free electrons is compensated by a radial electric field. In this work, we will demonstrate effects caused by rotation and magnetic field in a spinning conductor disc. We will study both the electromagnetic and inertial interactions simultaneously. Some values to the relation between the magnetic field and the rotation will be chosen and this will result in Landau-like levels to a system with resultant force composed by Coriolis’ and magnetic forces. A similar behavior for the energy spectrum will be found without a magnetic force composing the resultant force. / Efeitos inerciais, tais como a força centrífuga e a de Coriolis, desempenham um papel importante na mecânica clássica e atualmente têm sido amplamente explorados na mecânica quântica, inclusive em analogias com efeitos eletromagnéticos. No entanto, essas analogias entre as forças inerciais sobre partículas massivas e as forças electromagnéticas sobre partículas carregadas não é nenhuma novidade. Elas foram exploradas por Aharonov e Carmi em 1970 e por Tsai e Neilson em 1988 no contexto de uma fase quântica rotacional similar à fase de Aharonov- Bohm. Baseados nessa mesma analogia, Dattoli e Quattromini introduziram estados quânticos de Coriolis análogos aos níveis de Landau. Em 1915, Barnett já havia publicado um artigo sobre magnetização devido à rotação o qual teve recentemente um interesse renovado aplicado a nanoestruturas. Um análogo rotacional do efeito Hall clássico foi proposto e os efeitos inerciais da rotação foram estudados em spintrônica. Espectros de energia tipo níveis de Landau aparecem sob a ação da força de Coriolis quando a força centrífuga agindo nos elétrons livres é compensada por um campo elétrico radial. Neste trabalho, vamos demonstrar efeitos devido à rotação e ao campo magnético em um disco condutor girante. Estudaremos as interações eletromagnéticas e inerciais simultaneamente. Alguns valores para a relação entre o campo magnético e a rotação serão escolhidos e resultarão em níveis tipo Landau para um sistema com força resultante composta pelas forças de Coriolis e magnética. Um mesmo comportamento para o espectro de energia será obtido sem força magnética compondo a força resultante.

Orientadores: Peter A. B. Schulz, John T. Chalker / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:00:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AnaLuizaCardoso_D.pdf: 2880300 bytes, checksum: ffd133973b4bc6e23c91694bc47d8794 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esse trabalho é dedicado ao estudo de dois problemas de interesse atual em sistemas quânticos de baixa dimensionalidade. Ambos são relacionados ao processo de localização eletrônica no regime Hall quântico. O primeiro problema diz respeito ao destino dos estados estendidos no limite de baixos campos magnéticos ou forte desordem, onde ocorre a transição de líquido de Hall para o isolante de Hall. O problema é abordado através de simulações numéricas, com um modelo de rede bidimensional tratado por um Hamiltoniano tight-binding, considerando-se tanto desordem tipo ruído branco quanto desordem correlacionada com perfil Gaussiano. Nós observamos que à medida que o campo magnético tende a zero ou a desordem é suficientemente aumentada no sistema, os estados estendidos sofrem um deslocamento em relação ao centro das bandas de Landau, indo em direção às mais altas energias e, eventualmente, ultrapassando a energia de Fermi. Esse mecanismo é chamado na literatura de levitação de estados estendidos. Nossos resultados permitem uma análise quantitativa. Identificamos os seguintes parâmetros como sendo os relevantes para mapear a levitação: (i) a razão entre escalas de energia ¿ entre a energia de separação dos níveis de Landau e o alargamento do nível devido à desordem; e (ii) a razão entre escalas de comprimento ¿ entre o comprimento magnético e o comprimento de correlação da desordem. Analisando uma vasta gama de parâmetros, uma expressão de escala descrevendo a levitação de estados estendidos é estabelecida neste trabalho. O segundo problema abordado nesta tese é relacionado ao processo de blindagem do potencial de desordem e ao mecanismo de formação dos estados localizados em sistemas Hall quânticos. O trabalho analítico apresentado aqui é motivado por recentes resultados experimentais, que mostram imagens de microscopia com medidas locais do potencial eletrostático e da compressibilidade desses sistemas, evidenciando como se dá o processo de carga de estados localizados por cargas inteiras ou fracionárias (quase-partículas). Em um regime onde o comportamento é dominado por interações Coulombianas, estabelecemos um modelo eletrostático que descreve o estado localizado como sendo uma região compressível (quantum dot ou antidot) envolta por um plano incompressível, usando a aproximação de Thomas-Fermi para tratar as interações. O potencial eletrostático nas vizinhanças da região compressível é calculado, fornecendo o tamanho dos saltos que ocorrem no potencial à medida que cada carga é adicionada ou removida do estado localizado. Além de mostrar como estes saltos se tornam menores com o aumento do índice de Landau, nossos resultados mostram a dependência deles com a altura de observação do potencial (ou seja, a altura da ponta de prova em relação ao gás de elétrons). O modelo apresentado pode ser usado para tratar estados localizados observados nos platôs do efeito Hall quântico inteiro ou fracionário / Abstract: This work is devoted to the study of two problems of current interest in low dimensional quantum systems. Both are related to the process of electron localization in the quantum Hall regime. The first problem refers to the fate of extended states in the limit of low magnetic fields or strong disorder, where the transition from quantum Hall liquid to Hall insulator takes place. A numerical approach to the problem is used, with a 2D lattice model treated in a tight-binding framework, considering both white-noise and Gaussian correlated disorder. We observe that as the magnetic field vanishes or the disorder is sufficiently increased in the system, the extended states are shifted from the Landau band centers, going to higher energies and, eventually, rising above the Fermi energy. This mechanism is referred in the literature as levitation of extended states. Our results allow a quantitative analysis. We identify the following parameters as the relevant ones to map the levitation: (i) the energy scales ratio - between the energy separation of consecutive Landau levels and the level broadening due to disorder; and (ii) the length scales ratio - between the magnetic length and the disorder correlation length. Analyzing a wide range of parameters, a scaling expression describing the levitation of extended states is established. The second problem considered in this thesis is related to the screening of the disorder potential and to the mechanism of formation of localized states in quantum Hall systems. The analytical work we present here is motivated by recent imaging experiments, which probe locally the electrostatic potential and the compressibility of these systems, showing the charging of individual localized states by integer or fractional charges (quasiparticles). For a regime where the behavior is dominated by Coulomb interactions, we set out an electrostatic model describing the localized state as a compressible region (quantum dot or antidot) embebed in an incompressible background, using the Thomas-Fermi approximation to treat the interactions. The electrostatic potential in the vicinity of the compressible region is calculated, providing the size of potential steps as each charge is added or removed from the localized state. Besides from showing how the potential steps get smaller for higher Landau levels, our results show the dependence of these steps with the height of observation (i.e., the distance from the scanning probe to the electron gas). The proposed model can be used to treat localized states observed on integer or fractional quantum Hall plateaus / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências