Neste trabalho estudamos a interação entre dois sólitons em condensados de Bose-Einstein diluídos submetidos a perturbações temporais nos potencias de armadilhamento e interação entre as partículas. Em condensados de Bose-Einstein densos estudamos a inserção do termo cinético indo além da aproximação de Thomas-Fermi e seu efeito na velocidade crítica para a formação de vórtices no condensado. / In this work we studied the soliton interactions between two solitons under time dependent perturbations in a trap potential and interparticule potential. In a dense Bose-Einstein condensate we studied the insertion of kinetic term going beyond the Thomas-Fermi approximation and its effect in critical frequency of vortices formation.

Graphene, a single atomic layer of graphite, has many exciting electronic and mechanical properties. On a fundamental level, the quasi-relativistic behaviour of the charge carriers in graphene arises from the honeycomb-like atomic structure. Deforming the lattice changes the lengths of the carbon-carbon bonds, breaking the hopping symmetry between carbon sites. Mathematically, elastic strain in a graphene membrane can be described by additional terms in the low-energy effective Hamiltonian, analogous to the vector potential of an external magnetic field. Hence, certain non-uniform strain geometries produce so-called `pseudo-magnetic fields', leading to a predicted zero-field quantum Hall effect. These fictitious magnetic fields are distinct from an external magnetic field in that they are only observed by charge carriers within the membrane, and have opposing polarity for electrons in the K and K' valleys, preserving time-reversal symmetry of the lattice as a whole. Deforming graphene in the non-uniform manner required to produce a homogeneous pseudo-magnetic field has proven to be a huge technological challenge, however, restricting experimental evidence to scanning tunnelling spectroscopy measurements on, for example, highly deformed nanobubbles formed by the thermal expansion of an epitaxially grown sheet on a platinum substrate. These results stimulated a large amount of interest in strain-engineering electron transport in graphene, partly due to the extreme magnitude of the observed pseudo-magnetic field, a direct consequence of the strain components strongly varying over the space of a few nanometres, but the formation of nanobubbles is a highly stochastic process which cannot be reliably reproduced. Subsequent research found a way to fabricate nanobubbles with a high degree of consistency, but the measurements were still limited to local-probe techniques due to the nanoscale size of the devices. As such, a method to reliably induce a homogeneous pseudo-magnetic field within a micron-sized membrane would be an attractive proposition, and is the basis for the work presented within this thesis. The non-uniform strain required precludes a simple bending or elongation of the substrate, hence a more local method is required. A novel nanostructure consisting of suspended gold beams surrounding a graphene membrane will deform upon cooling to cryogenic temperatures, and crucially, the actuation mechanism can be designed to produce any configuration of strain, including uniaxial strain, triaxial strain and a fan-shaped deformation, the latter two of which are predicted to create homogeneous pseudo-magnetic fields within a membrane. Strain patterns which are predicted to produce experimentally significant pseudo-magnetic fields (~1 T) may be generated with complex actuation beams that are physically achievable. Furthermore, the actuation mechanisms may be utilised as electrical contacts to the membrane, allowing its conductivity to be measured in the context of a two- or multi-terminal measurement, in conjunction with an external magnetic field. The design of the devices was developed using finite-element analysis, and the behaviour verified by low-temperature imaging of prototypes. While, after careful annealing, some conventional two-terminal suspended devices exhibited quantum Hall features at very low fields, the fabricated strain-inducing devices did not display pseudo-Landau quantisation, nor Landau quantisation, due to the difficulties of using current annealing to clean devices post-fabrication. The presented work, however, could pave the way towards observing signatures of pseudo-magnetic fields in a range of experimental measurements, as well as creating alternative strain geometries.

Apresentamos uma tentativa de estender o alcance da teoria clássica na previsão de fenômenos microscópicos. Baseamos nosso enfoque na hipótese de que a mecânica quântica é uma teoria estocástica cujas origens são as flutuações eletromagnéticas de ponto zero. Discutimos uma abordagem nova para a descrição do movimento browniano, clássico e quântico, através de uma equação clássica estocástica do tipo Schröedinger eficiência dessa equação é testada para sistemas lineares em contato com diferentes reservatórios de ruídos. Ambientes diferentes do espaço vazio levam naturalmente a interações do tipo força de Casimir. Para a descrição de rotações intrínsecas introduzimos na teoria clássica a representação espinorial e obtemos uma equação do tipo Pauli-Schrödinger, com flutuação e dissipação, que nos permite gerar distribuições no espaço de fase para partículas com spin arbitrário. Concluímos que a eletrodinâmica estocástica é uma teoria clássica apta a descrever os processos quânticos que se originam das autuações do vácuo. / We present an attempt to extend the range of the classical theory in the description of microscopic phenomena. We base our point of view in the hypothesis that quantum mechanics is a stochastic theory whose origin is in the electromagnetic zero-point fluctuations. We discuss a new approach for the description of Brownian motion, both classical and quantum with a stochastic Schrödinger type equation. The effectiveness of this equation is tested for linear systems in contact with different noise reservoirs. Environments different from the vacuum lead naturally to the Casimir force interaction. For the description of particles with spin we introduce in the classical theory a spinorial representation for rotations and obtain a Pauli-Schrödinger type equation, with fluctuation and dissipation, that allows us to generate phase space distributions for particles with arbitrary spin. We conclude that stochastic electrodynamics is a classical theory that is able to describe those quantum processes whose origins are in the vacuum fluctuations.

Estudamos as excitações de baixa energia, presentes em um gás de bosons homogêneo, de spin nulo, sujeitos a uma interação de dois corpos repulsiva e a temperatura zero, utilizando a aproximação gaussiana, que consiste num caso particular de aproximação de campo médio. As equações dinâmicas resultantes foram linearizadas ao redor da solução estática de Hartree-Fock-Bogoliubov. Obtivemos uma banda contínua e limitada inferiormente, além de um segundo ramo discreto, que define um limite inferior para as excitações e que, ao contrário do resultado proveniente do tratamento de Hartree-Fock-Bogoliubov, possui um comportamento linear sem gap com respeito ao momento da excitação no limite de grandes comprimentos de onda, ou seja, possui uma equação de dispersão do tipo fônon. Discutimos também a forma através da qual é possível gerar desvios do equilíbrio, vinculados aos estados excitados, e concluímos haver restrições sobre os possíveis desvios das grandezas características em campo médio gaussiano, quando tais desvios são gerados por transformações infinitesimais unitárias de um corpo tomadas até primeira ordem. / We study low-lying excitations of a spinless, homogeneous bose gas, with repulsive interaction, at zero temperature, in terms of a gaussian mean field approximation. The dynamical equations of this approximation have been linearized in small displacements from the well known static Hartree-Fock-Bogoliubov solution. We obtain a gapped continous band of excitations above a discrete branch with phonon behavior at large wavelengths. We also discuss the allowed forms of excitations and conclude that restrictions exist for the allowed deviations of the general set of gaussian mean field parameters, when they are generated in first orders by infinitesimal unitary transformations.

Apresenta-se um estudo desenvolvido em três etapas com o intuito de analisar as principais dificuldades de compreensão pelos alunos de dois importantes conceitos da Mecânica Quântica (MQ): estado quântico e superposição linear. As três etapas da pesquisa consistiram em: elaboração, implementação e avaliação de uma proposta em três minicursos em congressos de ensino de Física nos estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina; elaboração, apresentação e avaliação de um curso de 18 horas ministrado na Universidade do Vale do Rio dos Sinos, RS; revisão do material apresentado no curso anteriormente mencionado e apresentação, implementação e avaliação de curso de 20 horas na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, RS. Sob a luz dos referenciais teóricos da aprendizagem significativa de Ausubel e dos campos conceituais de Vergnaud, criaram-se situações-problema que pudessem promover a aprendizagem significativa dos tópicos apresentados em cada etapa da pesquisa. Constatou-se que as formulações do experimento de dupla fenda e do experimento de Stern-Gerlach chamaram a atenção dos alunos e se constituiram em bons exemplos de aplicação dos conceitos de estado de um sistema quântico, de superposição linear de estados, de colapso do vetor de estado, de possíveis valores de medida e de probabilidades de obtenção dos valores de medida e efetivamente facilitaram a compreensão de muitos destes conceitos. A inclusão de tópicos contemporâneos (Emaranhamento Quântico e Criptografia Quântica) motivou os alunos para o aprendizado dos primeiríssimos princípios da MQ. Nos minicursos foi muito grande o interesse despertado pela proposta nos minicursos, um ponto a favor de sua aplicação, ainda que o curto período de contato com os tópicos apresentados não permitisse a verificação da ocorrência de aprendizagem significativa. Pode-se dizer, contudo, que a abordagem utilizada propiciou um bom início de aprendizado da MQ por parte dos alunos e que outros conceitos essenciais, tais como o de operador linear e de evolução temporal de sistemas quânticos, precisam ser mais trabalhados em atividades futuras. / A study, developed in three stages, designed to analyze the main difficulties in understanding two important concepts of Quantum Mechanics (QM) is presented. The main concepts of this study are: quantum state and linear superposition. The three stages of this research are: elaboration, implementation and evaluation of a pedagogical proposal in three short-term courses in educational meetings in the states of Rio Grande do Sul and Santa Catarina; elaboration and presentation of a 18 hours course at the University of Vale do Rio dos Sinos, in São Leopoldo, RS; revision of the material presented in the before mentioned course and presentation of a 20 hours course at the Federal University of Rio Grande do Sul, in Porto Alegre, RS. In the light of Ausubel’s meaningful learning and Vergnaud’s conceptual fields theories, problem-situations were designed seeking the promotion of meaningful learning of the contents presented in the different stages of the research. The formulations of the Stern-Gerlach experiment and the double-slit experiment seemed to motivate the students to learn and were good examples of application of the quantum concepts of the state of the quantum system, linear superposition of states, the collapse of the state vector, the possible values of measurement results and the probability of obtaining the measurement results. Research findings suggest that these experiments facilitated the comprehension of much of these concepts. The inclusion of contemporary topics (Quantum Entanglement and Quantum Cryptography) motivated the students for the learning of the very first principles of QM. The interest on the proposal showed during the short-term courses was very high, a point in favor of this activity, although the short period of contact with the contents presented did not allow the verification of meaningful learning. Although the used approach seemed to be a good way to introduce QM to the students, some other essential concepts need more studies, such as the linear operator and the time evolution of quantum systems.

Hydrogen embrittlement in ferrous and non-ferrous alloys is, and has been for over a century, a prominent issue within many sectors of industry. Despite this, the mechanisms by which hydrogen embrittlement occurs and the suitable means for its prevention are yet to be fully established. As hydrogen fuel becomes a prominent feature in modern concepts of a sustainable global energy infrastructure and nuclear power enters its renaissance, with commercially viable fusion plants on the horizon, hydrogen embrittlement is becoming an ever more pertinent issue. This has led to a considerable demand for novel alloys resistant to hydrogen embrittlement, notably within the bearings industry, where the commonly conflicting properties of high strength and hydrogen embrittlement resistance are required. This work investigates the mechanisms through which hydrogen embrittlement and irradiation damage occur in steels and nickel-based alloys respectively, with novel alloys designed for improved resistance. Through the engineering of secondary phases, optimised for helium and/or hydrogen trapping capacity, the novel alloys present the benefits of such trapping species with respect to embrittlement resistance. Such species have been studied in depth with respect to their interactions with hydrogen, establishing a novel mechanism of hydrogen embrittlement - the hydrogen enhanced dissolution and shearability of precipitates, leading to enhanced localised plasticity.

Foi proposta uma experiência na qual seria possível produzir um emaranhamento quântico de feixes de fótons com diferentes frequências, movendo-se em uma mesma direção, controlado por meio de um campo magnético externo. Nessa experiência, a interação entre o campo magnético e fótons é realizada por intermédio de elétrons, que interagem tanto com os fótons quanto com o campo magnético externo. Foi desenvolvida uma teoria que descreve processos físicos. Derivamos medidas de emaranhamento de informação e de Schmidt para um sistema geral de dois qubits e a medida residual para um sistema geral de três qubits. Usando a informação obtida da análise dos sistemas de dois e de três quase-fótons, calculamos medidas de emaranhamento. Criamos um programa para cálculo numérico, nesses casos, através do qual construímos gráficos de dependência das medidas de emaranhamentos em feixes de dois e de três fótons. Os resultados obtidos nos permitem ver como a medida de emaranhamento depende dos parâmetros, que caracterizam o sistema em questão. Por exemplo, se ambas as polarizações dos fótons coincidem, então, nenhum emaranhamento ocorre. O emaranhamento acontece apenas se as polarizações do fóton forem opostas. / An experiment is proposed which can produce a quantum entanglement of photon beams having different frequencies and moving in the same direction. The experiment is controlled by an external magnetic field. In this experiment, the interaction between the photons and magnetic field is carried out by means of electrons interacting both with the photons and the external magnetic field. A theory is developed which describes physical processes in this experiment. The meausre of entanglement of information and the measure of Schmidt are calculated for the general system of two qubits, as well as the residual measure for general system of three qubits. Using the information obtained from the analysis of the systems of two and three quasi-photons, we have calculated the entanglement measures in such cases. A computer program is created for numerical calculations in such cases which enables one to construct the graphs of dependence for entanglements of measures in bundles of two and three photons. The results allow us to see how the entanglement measure depends on the parameters that characterize the system in question. For example, if both polarizations of the photons coincide, then no entanglement takes place. The entanglement occurs only if the polarization of the photon are opposite.

Estudamos as excitações de baixa energia, presentes em um gás de bosons homogêneo, de spin nulo, sujeitos a uma interação de dois corpos repulsiva e a temperatura zero, utilizando a aproximação gaussiana, que consiste num caso particular de aproximação de campo médio. As equações dinâmicas resultantes foram linearizadas ao redor da solução estática de Hartree-Fock-Bogoliubov. Obtivemos uma banda contínua e limitada inferiormente, além de um segundo ramo discreto, que define um limite inferior para as excitações e que, ao contrário do resultado proveniente do tratamento de Hartree-Fock-Bogoliubov, possui um comportamento linear sem gap com respeito ao momento da excitação no limite de grandes comprimentos de onda, ou seja, possui uma equação de dispersão do tipo fônon. Discutimos também a forma através da qual é possível gerar desvios do equilíbrio, vinculados aos estados excitados, e concluímos haver restrições sobre os possíveis desvios das grandezas características em campo médio gaussiano, quando tais desvios são gerados por transformações infinitesimais unitárias de um corpo tomadas até primeira ordem. / We study low-lying excitations of a spinless, homogeneous bose gas, with repulsive interaction, at zero temperature, in terms of a gaussian mean field approximation. The dynamical equations of this approximation have been linearized in small displacements from the well known static Hartree-Fock-Bogoliubov solution. We obtain a gapped continous band of excitations above a discrete branch with phonon behavior at large wavelengths. We also discuss the allowed forms of excitations and conclude that restrictions exist for the allowed deviations of the general set of gaussian mean field parameters, when they are generated in first orders by infinitesimal unitary transformations.

Estudamos a espectroscopia de correlação de intensidade de dois feixes laser com excesso de ruído de fase em condição de transparência eletromagneticamente induzida (EIT) em átomos frios de rubídio. Em particular, analisamos três aspectos da espectroscopia de corre-lação. O primeiro, no âmbito teórico, corresponde ao tratamento perturbativo da dinâmica atômica para o cálculo do espectro de correlação. Mostramos que, para campos com baixo ruído de fase, o termo a primeira ordem da expansão é suficiente para descrever completamente a correlação do sistema. No entanto, para campos que apresentam excesso de ruído de fase, observamos que é necessário considerar os termos de ordem superior para obtermos uma descrição completa do sistema. A abordagem perturbativa nos permite ter uma expressão analítica que relaciona o espectro de correlação no domínio das frequências com as propriedades de absorção e dispersão associadas ao meio atômico.\\\\ No âmbito experimental, analisamos duas situações diferentes para a espectroscopia de correlação. A primeira foi a espectroscopia de correlação para diferentes valores de dessintonia de frequência com relação à ressonância atômica. Mostramos pela primeira vez que a correlação apresenta ressonâncias na frequência das bandas laterais enquanto os campos estiverem dessintonizados fora da largura espectral dada pela emissão espontânea. Nossos resultados experimentais são descritos de maneira satisfatória pelo modelo perturbativo para a correlação definida no domínio da frequência. Além disso, mostramos que em certas condições, o modelo perturbativo se reduz ao nosso modelo heurístico para a função de correlação $g^2(0)$ no domínio do tempo, sendo ela uma aproximação válida para descrever correlação entre os campos.\\\\ O terceiro aspecto estudado neste trabalho se refere aos efeitos dinâmicos sobre a espectroscopia de correlação. Investigamos como a evolução transiente do sistema atômico, devido às forças de espalhamento que a luz exerce sobre os átomos, induz a uma assimetria espectral na correlação, se apresentando assim, como um efeito de ``histerese\". No entanto, para campos dentro da janela de transparência, mostramos que o sistema é insensível ao efeito de tais forças. Esta é a primeira observação do efeito dinâmico sobre a espectroscopia de correlação. Assim, mostramos que a espectroscopia de correlação se torna um ferramenta de alta precisão para detectar efeitos dinâmicos nos átomos frios, pois tais efeitos escapam da simples observação quando é feita a espectroscopia de transmissão padrão. / We studied the intensity correlation spectroscopy of two lasers beams with excess of phase noise in electromagnetically induced transparency (EIT) condition in cold rubidium atoms. In particular, we analyzed three aspects of correlation spectroscopy. In the first one, as a theoretical approach, I proposed a perturbative treatment for the atomic dynamics in order to calculate the correlation spectrum. We show that for electromagnetic fields with low phase noise, the first order term of the expanssion is sufficient for a complete description of the system. However, when the fields present excess of phase noise, it is shown that higher order terms are necessary to describe the system completely. The perturbative approach allows the contruction of an analytical expression which maps the correlation spectrum in the frequency domain, with the absorptive and dispersive properties of the atomic medium.\\\\ In the experimental part, we analyze two different situations for the correlation spectroscopy. In the first one, was the correlation spectroscopy for different values of frequency detuning with respect to the atomic resonance. We show for the first time that the correlation has resonances at the exactly sideband\'s frequencies, if the light fields optical frequencies are detuned from the natural spectral width given by the spontaneous emission. Our experimental results are described satisfactorily by the perturbative model for the correlation set in the frequency domain. Furthermore, we show that under certain conditions, the perturbative contains our heuristic model for the correlation function $g^2(0)$ in the time domain, and it is a valid approximation to describe correlation between fields.\\\\ The third aspect studied in this work refers to the dynamical effects on the correlation spectroscopy. We investigate the transient evolution of the atomic system due to the scattering forces that light exerts on the atoms, inducing a spectral asymmetry in the correlation, appearing as an \'\'hysteresis effect\". However, for fields within the transparency window, we show that the system is insensitive to the effect of such forces. This is the first observation of the dynamical effect in the correlation spectroscopy. Thus, we show that correlation spectroscopy becomes a high-precision tool to detect dynamical effects in cold atoms, because such effects escape from the simple observation in the standard transmission spectroscopy.

Vladimir Aleksandrovich Fock est un physicien largement reconnu par la communauté scientifique pour ses contributions de premier plan aux théories de la mécanique quantique et de la relativité générale. Il est aussi un acteur majeur du débat sur l'interprétation de ces deux théories du XXe siècle, selon une approche qui se revendique clairement du matérialisme dialectique, une idéologie alors largement imposée par les autorités soviétiques en URSS. Notre étude porte principalement sur cet aspect de sa carrière, exploré jusqu'alors de façon trop partielle en histoire des sciences. Plus spécifiquement, nous nous penchons sur les racines scientifiques et philosophiques des interprétations non-orthodoxes des théories de la mécanique quantique et de la relativité générale que développe Fock. En reconstruisant son approche épistémologique nous mettons en évidence que le physicien est guidé par une vision antiréductionniste et réaliste scientifique de sa discipline. Cette base nous donne alors l'assise pour discuter des raisons pour lesquelles le matérialisme dialectique est une véritable influence pour la pensée du physicien soviétique. Par la suite, partant du constat de la sincère adoption par Fock de cette idéologie, nous replaçons la question de l'interprétation des théories de la physique moderne dans son contexte socio-culturel. Il est y notamment question d'observer le parcours du physicien en tant que défenseur des théories de la mécanique quantique et de la relativité face aux différentes attaques politiques et idéologiques qu'elles peuvent subir en Union soviétique, mais aussi d'étudier l'influence du contexte sur la formulation à proprement parler de leurs interprétations et dans un dernier temps de développer les questions relatives à la diffusion des idées de Fock dans la communauté locale et internationale des physiciens. En somme, cette thèse permet de reconsidérer l'intérêt que présente la pensée de Vladimir Aleksandrovich Fock dans l'histoire des théories de la physique moderne / Vladimir Aleksandrovich Fock is a physicist well-known by the scientific community for his important contributions to the theories of quantum mechanics and general relativity. He is also a major actor in the debate on the interpretation of these two major theories of the XXth century, following an approach that clearly claims dialectical materialism ñ an ideology then largely imposed by the Soviet authorities in the USSR - as fundamental. Our work mostly focuses on this aspect of Fock's career, explored too partially in the history of science. More specifically, we reconsider the scientific and philosophical roots of the non-orthodox interpretations of quantum mechanics and general relativity developed by Fock. By reconstructing his epistemological approach we put forward that the physicist was guided by an antireductionist and a scientific realist conception of his discipline. This basis gives us the possibility to discuss the reasons why dialectical materialism was a real influence on the scientist thought. Thus, by following the observation of the sincere adoption by Fock of the Soviet ideology, we put back the question of the interpretation of the theories of modern physics in its socio-cultural context. We observe Fock's trajectory as a defender of quantum mechanics and relativity theory against the different ideological and political attacks they may undergo in Soviet Union. We also study the influence of context on the actual wording of their interpretations and finally we develop the issues related to their diffusion in the local and worldwide community of physicists. To summarize, this thesis helps to reconsider the interest of Fock's thought in the history of modern physics