Neste trabalho investigamos a fusão entre estados ligados de Majorana em nanoestruturas compostas por um ponto quântico conectado a contatos metálicos e acoplado lateralmente a dois fios quânticos supercondutores que sustentam modos de Majorana em suas pontas. Modelando cada fio quântico por uma cadeia de Kitaev, nós adotamos duas abordagens: inicialmente usando as funções de Green do ponto obtidas através do método recursivo calculamos a condutância e a densidade local de estados (LDOS), posteriormente diagonalizamos o sistema no formalismo de Bogoliubov-de Gennes (BdG) e obtemos o espectro completo dos autoestados. Como descrito em (1), o LDOS do ponto quântico acoplado a uma única cadeia de Kitaev mostra claramente o vazamento do modo de Majorana inicialmente presente na ponta da cadeia para o ponto quântico, onde este modo surge fixo na energia de Fermi dos contatos metálicos (εƒ). A condutância de dois terminais medida através do ponto mostra uma assinatura dos estados de Majorana neste sistema, uma ressonância fixa mesmo quando o nível do ponto está vazio ou não. Interessante ressaltar que mesmo na presença de interações no ponto essa assinatura de Majorana é válida como mostrado em (2). Motivados por estes resultados anteriores estamos particularmente interessados em investigar a hibridização (aqui denominada de fusão) entre dois modos de Majorana resultando em um modo fermiônicos ordinário dentro do ponto quântico. Nossos resultados demonstram que controlando a diferença de fase supercondutora entre os fios e a voltagem de gate do ponto quântico somos capazes de controlar a emergência e fusão dos modos de Majorana. Além disso nós reforçamos a proposta de se utilizar o efeito Josephson a.c. de período 4π para identificar os modos de Majorana pela reprodução dos resultados obtidos por (3). / In this work we investigate the fusion between Majorana bound states in nanostructures composed of a quantum dot connected to source and drain leads and side coupled to two topological superconducting nanowires sustaining Majorana end modes. Modeling the nanowire via a Kitaev chain, we have used two approaches: first using a recursive Greensfunction approach we calculate the conductance and local density of states (LDOS) and then by the diagonalization using the Bogoliubov-de Gennes (BdG) formalism we obtain the full spectrum of eigenstates. As described in (1) the LDOS of quantum dot coupled to a single wire clearly shows a leakage of the Majorana end mode from the wire into the dot, where it emerges as a unique dot level pinned to the Fermi energy of the leads (εƒ). The calculated two-terminal conductance through the dot displays an unambiguous signature of the Majorana bound states, i. e., a pinned resonance occurring even when the dot level is far above εƒ . Interestingly this Majorana signature remains even in the presence of interactions within the dot as showed in (2). Motivated by these earlier results we are particularly interested to investigate the fusion of Majonana end modes into ordinary fermionic modes within the dot. Our results demonstrate that by tuning the superconducting phase difference between the wires and the quantum-dot gate voltage we are able to control the emergence and splitting of Majorana modes. Furthermore we reinforce the proposal of using the 4π periodic a.c Josephson effect to identify Majorana modes by reproducing the results obtained by (3).

Este trabalho visa dar uma importante contribuição à pesquisa de novos materiais, através da determinação de condições otimizadas para obtenção pela técnica LHPG de fibras monocristalinas de compostos óxidos. Com esse objetivo fibras foram obtidas com êxito para compostos que podem ser utilizados como meios ativos para lasers de estado sólido (CaNb2O6 e GdTaO4), em aplicações de óptica de raios X (cristais gradientes dos sistemas GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4) e também compostos que apresentam supercondutividade (EuNbO3, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5). A preparação dos pedestais se mostrou uma etapa muito importante na preparação das várias fibras. A caracterização estrutural por técnicas de difração de raios X mostrou que fibras monocristalinas de CaNb2O6 e GdTaO4 podem ser obtidas rapidamente e com alta qualidade cristalina sendo altamente adequadas para aplicações em óptica. Adicionalmente resultados de medidas espectroscópicas mostraram que as fibras CaNb2O6 dopadas com Nd+3 são boas candidatas para desenvolvimento de micro-lasers. Monocristais com gradiente controlado de parâmetro de rede foram obtidos pela primeira vez para os sistemas GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4. A estratégia aplicada aqui possibilitou a obtenção de um gradiente composicional e de parâmetros de rede com ótima linearidade. Para o sistema GdTaO4- ErTaO4 foi obtido um gradiente de espaçamento de rede de 1,24%/cm para a reflexão (4 -4 4). Para os cristais GdTaO4- ErTaO4 um gradiente de 2,9%/cm para a reflexão (6 -4 0) foi obtido, sendo este o maior valor já observado em cristais gradientes. Através de uma inovação, utilizando Nb metálico em pó na preparação dos pedestais, fibras do composto EuNbO3 foram obtidas pela primeira vez, ao nosso conhecimento, através de uma técnica utilizando fusão. A aplicação desta mesma inovação buscando a obtenção de fases com esta mesma estrutura para outras terras raras, proporcionou a descoberta de três fases inéditas, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5. A estrutura destas novas fases foi determinada e através de caracterizações magnéticas e elétricas iniciais observou-se que estas apresentam supercondutividade com temperaturas de transição, Tc, iguais a 12,5K, 6,5K e 14,9K respectivamente para Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5 / This work aims to give an important contribution to the research of new materials, by determining optimized conditions for obtaining of single crystal fibers of oxide compounds by LHPG technique. With this objective fibers were successfully obtained for compounds which can be used as solid state lasers (CaNb2O6 e GdTaO4), for X-ray optics applications (gradient crystals of GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems) and also as superconducting compounds. The preparation of the pedestals was a very important stage in the obtaining of the various fibers, with influence in growth experiments and quality of the fibers. The structural characterization by X-ray diffraction techniques showed that CaNb2O6 and GdTaO4 single crystal fibers presenting high crystalline quality can be quickly obtained. These fibers can be highly suitable for optics applications. In addiction the results of spectroscopic measurements showed Nd+3 doped CaNb2O6 fibers are good candidates for development of micro-lasers. Single crystals with controlled lattice parameter gradient were obtained for the first time for GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems. The applied approach in here enabled to obtain a compositional and lattice parameters gradient presenting optimized linear behavior. For the GdTaO4- ErTaO4 system a lattice spacing gradient of 1.24%/cm for (4 -4 4) reflection was obtained. For GdTaO4-YbTaO4 crystals a gradient of 2.9%/cm was observed. This is the largest value of lattice spacing gradient up to this moment. By an innovation, using metallic Nb in the form of powder in preparing the pedestals, fibers of the EuNbO3 compound were obtained, being the first report by a fusion technique. The application of this innovation to obtain phases with this structure for others rare earth enabled the discovery of three new phases, namely Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. The structure of these new phases was determined and by magnetic and electric characterizations it was observed that the phases are superconductor materials with transition temperatures, Tc, equals to 12,5K, 6,5K and 14,9K respectively for Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. compounds

O estudo do sistema antiferromagnético diluído K2Fe1-xInxCl5.H2O com a finalidade de se estudar efeitos de campos aleatórios, mostrou o aparecimento de uma magnetização remanente (Mr) quando o composto é resfriado sujeito a um campo magnético externo. Esta magnetização remanente surge ao longo do eixo de fácil magnetização, abaixo de TN, para campos tão baixos quanto alguns mOe. A presença deste efeito foi observada também em outros compostos como por exemplo no Rb2Fe1-xInxCl5.H2O. A origem de Mr está provavelmente associada à presença de domínios antiferromagnéticos que se formam mesmo em campos muito baixos, e cujas paredes são presas por íons não magnéticos e defeitos. No caso do composto com rubídio, as paredes se encontram aparentemente menos presas, podendo levar a outros efeitos como a observação de fenômenos de relaxação magnética quando o campo em que a amostra é resfriada é retirado abaixo de TN. É sugerido neste trabalho que a magnetização remanente está provavelmente armazenada nas paredes de domínio formadas, já que o comportamento de Mr não segue aquele observado para a sub-rede antiferromagnética. Estudamos também o efeito da diluição na transição entre as fases antiferromagnética e spin-flop. Observamos a presença de uma histerese para o caso dos compostos K2Fe1-xInxCl5.H2O, além de um alargamento da transição. A presença destes efeitos está provavelmente associada à presença de uma fase mista onde as fases antiferromagnética e spin-flop coexistem em uma estrutura de domínios. No caso dos compostos Rb2Fe1-xInxCl5.H2O, de uma modo geral é observado apenas um alargamento da transição, sem o aparecimento de histerese. Neste caso, é possível a existência de uma fase intermediária induzida por campos aleatórios, similar àquela proposta por Aharony. As medidas de calor específico realizadas com e sem campo magnético externo aplicado no sistema (Nd1-xSmx)2CuO4 mostrou em todos os casos a presença de um máximo. Através do estudo do comportamento deste máximo, observamos a presença de duas regiões de diluição de comportamento distinto. Para x > 0.7, o comportamento é aquele observado para um sistema antiferromagnético simples diluído. A aplicação de campo neste caso, leva a uma pequena diminuição na temperatura em que o máximo ocorre. Para x < 0.7 temos que o efeito dominante é o mesmo que aquele observado para o caso do Nd2CuO4. O comportamento do Nd2CuO4 não é o de um antiferromagneto simples, já que as interações entre as sub-redes de Cu e de Nd levam a um “splitting" do estado de energia fundamental da sub-rede de Nd, e consequentemente a um comportamento do tipo Schottky no calor específico. / Magnetization measurements performed on diluted antiferromagnetic compounds K2Fe1-xInxCl5.H2O in order to study the Random Fields Ising Model revealed the existence of a remnant magnetization (Mr) when the sample is cooled below TN in an applied axial magnetic field. This remnant magnetization along the easy axis direction is observed in magnetic fields as low as a few mOe. Other diluted compounds, like Rb2Fe1-xInxCl5.H2O, also show the same behavior. The origin of this remnant magnetization is probably related to the presence of low field antiferromagnetic domains, which walls are pinned by non-magnetic ions and defects. For the Rb-based compound, the walls are probably not strongly pinned. In this case, when the field is turned off bellow TN relaxation effects are sometimes observed. It is suggested in this work that the remnant magnetization is stored in the domain walls, since the Mr behavior is quite different from the one observed for the antiferromagnetic sublattice. We have also studied the dilution effect in the spin-flop transition. It is possible to observe the presence of an anomalous widening and a hysteresis in the transition region for the K2Fe1-xInxCl5.H2O compound. These effects are probably related to the presence of a mixed intermediate phase, where the spin-flop and the antiferromagnetic phase coexist in a domain structure. For the Rb2Fe1-xInxCl5.H2O compound, it is usually observed just a widening of the transition, without hysteresis. In this case it is possible the existence of a random fields induced intermediate phase, similar to the one proposed by Aharony. Specific heat measurements performed with and without applied fields in samples of (Nd1-xSmx)2CuO4 showed the presence of a maximum at low temperatures in all samples studied. The Sm concentration (x) dependence of the temperature of this maximum showed two regions with different behavior. For x > 0.7, the specific heat curve is similar to the one observed in ordinary diluted antiferromagnetic compounds. The temperature of the maximum decreases with increasing applied magnetic field. On the other hand, for x < 0.7, the effect is similar to the one observed for the pristine Nd2CuO4. The Nd2CuO4 behavior is not the one observed in ordinary antiferromagnets, since the Nd-Cu interaction causes a splitting of the ground state level of the Nd sublattice and, consequently, a Schottky like behavior in the specific heat measurements.

Desde a descoberta dos supercondutores com alta temperatura crítica, muitos estudos têm sido realizados em tomo de suas propriedades fisicas, tentando associá-Ias à supercondutividade. Átomos de oxigênio dissolvidos intersticialmente têm um papel importante na supercondutividade destes materiais, pois são capazes de mover-se com facilidade dentro da rede além de contribuírem na criação de buracos nos planos de CUO2. As medidas de atrito interno são ferramentas sensíveis ao estudo de defeitos em sólidos, em particular a mobilidade de oxigênio intersticial. Neste trabalho, foram analisadas amostras de Bi2Sr2CaCu2O8+&#948; da maneira como foram recebidas, recozidas e dopadas com diferentes concentrações de oxigênio não estequiométrico. Foram efetuadas medidas de espectroscopia anelástica utilizando um pêndulo de torção invertido tipo Kê, operando com freqüência de oscilação de 11 a 30 Hz, num intervalo de temperatura compreendido entre 88 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min e vácuo em tomo de 10-5 Torr. Foram observadas estruturas de relaxação complexas para as amostras recozidas, que são reversíveis apenas com novos tratamentos de recozimento, atribuídas a possíveis transições de fase estruturais. Para as amostras dopadas com oxigênio, foram observadas estruturas de relaxação que foram atribuídas ao movimento de átomos intersticiais de oxigênio nos planos de BiO. Foi observada também uma relação entre a intensidade dos processos de relaxação e a concentração dos intersticiais presentes nestas amostras. / Since the discovery of the high critical temperature superconductors many studies have been carried out intending to associate their physical properties to the superconductivity mechanisms. The oxygen atoms interstitially dissolved in its structure have an important role in the superconductivity of these materiaIs since they have high mobility capable to move through the net contributing to the generation of holes along the CUO2 plans. The internal friction measurements are a sensitive tool to the study of defects in solids, in particular the mobility of interstitial oxygen. In this work, it had been analyzed samples of Bi2Sr2CaCu2O8+&#948; in the as received condition, annealed and doped with different concentrations of not stoichiometric oxygen. The anelastic spectroscopy measurements were made using a torsional inverted pendulum of the Kê type, operating with oscillation frequency between 11 and 30 Hz, the applied temperatures are in the range between 88 and 700 K, with heating rate about 1 K/min and vacuum better than 10-5 Torr. Complex structures of relaxation had been observed for the annealed samples, they are reversible only with new annealing treatments. These structures were attributed to possible structural phase transitions. For the oxygen doped samples, the relaxation structures had been attributed to the mobility of interstitial oxygen atoms in the plans of BiO. On these measurements was also observed a relation between the intensity of the relaxation processes and the concentration ofthe interstitial oxygen in these samples.

a função espectral mostra uma estrutura bem definida com superfícies de Fermi exibindo uma simetria rotacional de ordem 8 ao redor desse preenchimento, apesar de sua nova estrutura eletrônica, e descobrimos que esses estados são estendidos para a maioria dos preenchimentos, e mostram que, estudamos as propriedades eletrônicas dos mosaicos de Ammann-Beenker, exceto no pseudogap, exceto próximo ao pseudogap. Para estudar a supercondutividade, executamos o escalonamento de tamanho finito do parâmetro de ordem supercondutor e mostramos que ele permanece essencialmente constante, Motivados por uma recente observação experimental de supercondutividade nos quase cristais, onde diminui com o tamanho do aproximante e para valores pequenos da atração U. Isso está de acordo com as observações experimentais, os quasecristais exibem supercondutividade convencional do tipo BCS., ou octogonal, que diz que a energia de Fermi de um quase cristal provavelmente cai sobre um pseudogap. Notavelmente, resolvemos as equações de Bogoliubov-de Gennes e o modelo de pareamento de autovalores exatos para aproximantes de diferentes tamanhos. Em seguida, um exemplo de um quase cristal bidimensional para diferentes tamanhos de aproximantes. O modelo tight-binding resultante mostra uma densidade d / Motivated by a recent experimental observation of superconductivity in the quasicrystals, we study the electronic properties of the Ammann-Beenker, or octagonal tiling, an example of a two-dimensional quasicrystal for different approximant sizes. The resulting tightbinding model shows a very spike density of states and a pseudogap at a filling corresponding to the inverse of the square of the silver ratio. This is a relevant filing due to the Hume-Rothery mechanism, which says that the Fermi energy of a quasicrystal is likely to lie in a pseudogap. Remarkably, the spectral function shows a well-defined structure with Fermi-like pockets displaying an 8-fold rotational symmetry around this filling. We use the Kohn\' localization tensor and the inverse participation ratio to describe the nature of the single-particle eigenstates, and we find that these states are extended for most fillings, except close to the pseudogap. To study the superconductivity, we then solve the Bogoliubov-de Gennes equations and paring of exacts eigenstates for approximants of different sizes. We then perform the finite size scaling of the superconducting order parameter and show that it remains constant, except at pseudogap, where it diminishes with the approximant size for small values of the attraction U. This is line with the experimental observations and show that, despite their novel electronic structure, quasicrystals are prone to display conventional BCS-like superconductivity.

[pt] Compostos férmions pesados se distinguem dos metais típicos em baixas temperaturas, onde fenômenos decorrentes da alta correlação entre os elétrons de condução e os elétrons f dos íons da rede se tornam evidentes. Fatores como uma massa eletrônica efetiva centenas de vezes maior que a massa do elétron livre e a coexistência de ordem magnética com um estado supercondutor atraem interesse crescente para estes materiais. A aplicação de pressão torna possível sintonizar a temperatura de transição antiferromagnética em alguns destes compostos até o zero absoluto, onde flutuações qüânticas se tornam relevantes e, dependendo do composto, um estado supercondutor não convencional pode se manifestar. Neste trabalho, resultados de medidas de resistência elétrica sob pressão realizadas nos compostos Ce2Rh1&#8722;xIrxIn8 são apresentados em diagramas de fases do tipo pressão-temperatura para cada valor de x estudado, e em diagramas do tipo composição- temperatura para algumas pressões representativas. Duas fases supercondutoras são identificadas nos compostos, uma delas induzida, e a outra suprimida pela pressão aplicada. A primeira das fases parece estar relacionada com flutuações magnéticas, enquanto a origem da segunda pode estar relacionada com flutuações de valência. Outras características interessantes podem ser observadas nos diagramas obtidos, como uma possível fase supercondutora reentrante em x = 0.25 e a brusca supressão de supercondutividade em valores de x maiores que 0,8. / [en] Heavy fermion compounds behave differently from typical metals at low temperatures, where the phenomena that arise due to the correlation between conduction electrons and the f ions of the lattice become evident. An increased effective electronic mass that can reach values as high as hundreds of times the free electron mass and the coexistence of magnetic order with a superconducting state attract growing interest to these materials. When external pressure is applied on some of those systems, the antiferromagnetic transition temperature can be tuned towards absolute zero, where quantum critical fluctuations become relevant and, depending on the compound studied, an unconventional superconducting state can manifest itself. In this work, measurements of electrical resistance were made on the compounds Ce2Rh1&#8722;xIrxIn8 and the results were expressed as pressure-temperature phase diagrams for each value of x studied. Temperature-composition phase diagrams for representative pressures were also built. Two superconducting phases can be identified on the Ce2Rh1&#8722;xIrxIn8 system, one of them induced and the other supressed by applied pressure. The first one seems to be related to magnetic spin fluctuations while the second one can be related to valence fluctuations. Other interesting features can be observed on the obtained diagrams, like a possible reentrant superconducting phase at x = 0.25 and the abrupt supression of supercunductivity on values above x = 0.8.

Os supercondutores de alta temperatura crítica apresentam propriedades diferentes dos supercondutores convencionais, uma destas propriedades importantes é a simetria não isotrópica do parâmetro de ordem. Neste trabalho se apresenta um modelo que mostra a presença de simetria d-wave em uma classe de supercondutores de alta Tc, assim como a condição para a existência de ondas de densidade nos estados de equilíbrio. Se analisa primeiro um sistema de três corpos, um bipolaron e dois elétrons, com o objetivo de estudar o efeito da repulsão coulombiana local e não local sobre a simetria do parâmetro de ordem para o caso exato e também o limite de acoplamento forte. Se mostra também a construção de um Hamiltoniano efetivo que desacopla a interação el etron-bipolaron com o fim de abordar o problema coletivo de infinitos corpos e vemos como o modelo proposto prediz a formação de ondas de densidade para uma região especifica dos parâmetros físicos do Hamiltoniano estudado. / High-temperature superconductors have different properties than conventional superconductors, one of these important properties is non-isotropic symmetry of the order parameter. In this work we present a model that shows the presence of symmetry d-wave in a class of superconductors of high Tc , as well as the condition for the existence of density waves in the states of equilibrium. We first analyze a three-body system, a bipolaron and two electrons, in order to study the effect of local and non-local Coulomb repulsion on the symmetry of the order parameter for the exact case and also the strong coupling limit. It is also shown the construction of an effective Hamiltonian that decouples the electron-bipolaron interaction in order to approach the collective problem of infinite bodies and we see how the proposed model predicts the formation of density waves for a specific region of the physical parameters of the studied Hamiltonian.

No presente estudo, amostras policristalinas ricas em Ta e com estequiometrias Ta1-xZrx; x < 0.15; foram preparadas através da mistura apropriada dos elementos metálicos, os quais foram fundidos em forno a arco elétrico sobre uma placa de cobre refrigerada a água e sob atmosfera de argônio de alta pureza. Os padrões de difração de raios-X das ligas, como fundidas (as cast) e tratadas termicamente a 850 °C por 24 h, revelaram a ocorrência de uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrada bcc, tipo W, e parâmetros de rede que aumentam suavemente com o aumento do teor de Zr nas ligas. Medidas de susceptibilidade magnética dc, conduzidas nas condições de resfriamento da amostra em campo zero (ZFC) e do resfriamento com o campo magnético aplicado (FC), indicaram que supercondutividade volumétrica é observada abaixo de ~ 5.8, 6.9, 7.0 K em amostras com x = 0.05, 0.08, e 0.10, respectivamente. Essas temperaturas críticas supercondutoras são bastante superiores àquela observada no Ta elementar ~ 4.45 K. Medidas de resistividade elétrica na presença de campos magnéticos aplicados de até 9 T confirmaram a temperatura crítica supercondutora das amostras estudadas. O campo crítico superior Hc2 e o comprimento de coerência E foram estimados a partir dos dados de magnetorresistência. Os valores estimados de Hc2 foram de ~ 0.46, 1.78, 3.85 e 3.97 T, resultando em valores de E ~ 26.0, 13.6, 9.2 e 9.1 nm para as ligas as cast com x = 0.00, 0.05, 0.08 e 0.10, respectivamente. A partir dos dados experimentais do calor específico Cp das ligas, magnitudes estimadas do salto em Cp nas vizinhanças das transições supercondutoras indicaram valores maiores que o previsto pela teoria BCS. Utilizando as equações analíticas derivadas da teoria do acoplamento forte da supercondutividade foi então proposto que o aumento da temperatura de transição supercondutora nas ligas devido a substituição parcial do Ta por Zr está intimamente relacionado ao aumento do acoplamento elétron-fônon, visto que a densidade de estados eletrônicos no nível de Fermi foi estimada ser essencialmente constante através da série Ta1-xZrx com x < 0.10. / In the present study, polycrystalline samples of Ta-rich binary alloys with stoichiometry Ta1-xZrx; x < 0.15; were prepared by mixing appropriate amounts of the metallic elements which were arc-melted on a water-cooled hearth under high-purity argon atmosphere. The X-ray diffraction patterns of the as cast alloys and heat treated ones at 850 °C by 24 h revealed the occurrence of the body-centered cubic crystal structure bcc, type W, and lattice parameters that increase slightly with increasing Zr content. Magnetic susceptibility measurements dc, performed in zero-field cooling ZFC and field cooling FC processes, indicated that bulk superconductivity is observed below ~ 5.8, 6.9, and 7.0 K, in samples with x = 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. These superconducting critical temperatures are higher than that of ~ 4.45 K found in elemental Ta. Electrical resistivity measurements under applied magnetic fields to 9 T corroborated the superconducting critical temperatures for the samples studied. The thermodynamic upper critical field Hc2 and the coherence length E were estimated from the magnetoresistance data. The estimated values of Hc2 were 0.46, 1.78, 3.85, and 3.97 T, leading to E 26.0, 13.6, 9.2, and 9.1 nm for the as cast alloys with x = 0.00, 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. In addition to this, from the results of heat capacity Cp data, jumps in the vicinity of the superconducting transition were estimated and found to be larger than the one expected from the BCS theory. By using analytic equations derived from the strong coupling theory of superconductivity we argued that the enhancement of Tc in alloying Ta with Zr is due to the increase of the electron-phonon coupling, provided that the density of states in the Fermi level was found to be essentially constant in the series Ta1-xZrx; x < 0.10.

Neste trabalho estudamos uma rede hexagonal com uma cadeia de impurezas nas bordas e com supercondutividade induzida, de forma a mostrar a existência de fases com férmions de Majorana. Para tal, começamos introduzindo invariantes topológicos, número de Chern e Z2 e mostramos dois modelos para rede hexagonal. O primeiro, modelo de Haldane, fazemos como motivação histórica. O segundo, modelo de Kane-Mele, é usado como base para todo o trabalho. Seguimos introduzindo supercondutividade e como ela ocorre quando aplicada junto do Modelo de Kane-Mele, o método auto-consistente e quais as condições necessárias para termos supercondutividade apenas nas bordas. Continuamos com efeitos de impurezas magnéticas nas bordas e introduzimos férmions de Majorana que são os alvos principais dos resultados. Mostramos então, que existe fases topológicas em cadeias de impureza magnética, com momentos em espiral, contudo o diagrama de fase depende de várias condições. Por fim, mostramos que a variação da fase topológica se deve a oscilações nos níveis de energia em que o invariante topológico também varia, contrariando resultados obtidos para a rede quadrada. Concluímos esse trabalho com implicações experimentais desse resultado e possíveis caminhos que podem ser seguidos. / In this work, we study a honeycomb lattice with induced superconductivity and edge impurity in order to show the existence of a phase that host Majorana bound state. To do so, we start introducing topological invariants, Chern number and Z2, and we show two models for honeycomb lattice. The first, Haldane\'s Model, due its historical importance. The second, Kane-Mele model, because it will be used during all this work. Then we review superconductivity, showing the self-consistent method, and we apply it to Kane-Mele model, in which we find some necessary conditions to induce superconductivity only at the edges. From this point, we study the effect of magnetic impurities at the edges, and we introduce Majorana bound state, that will be the main objective of our results. In our results, we show the existence of topological non-trivial phases for spiral magnetic chain in the zigzag edge. With this we make a phase diagram. We also find oscillation in the energy spectrum and the topological phase changes with the oscillation, this is different from square lattice in which we should not have a change in the topological phase. We conclude this work with experimental implications of our result and possible developments.

Orientadores: Pascoal José Giglio Pagliuso, Ricardo Rodrigues Urbano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T14:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garitezi_ThalesMacedo_D.pdf: 27111125 bytes, checksum: d3a94f446fa3f67a500d9adc5f733dc0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nesta tese, são abordadas duas principais classes de materiais: os supercondutores à base de ferro e arsênico (FeAs) e os isolantes topológicos tridimensionais. Os supercondutores à base de FeAs foram descobertos em 2008 e desde então despertaram grande interesse na comunidade científica como candidatos à supercondutividade não-convencional de alta temperatura. Dentre as várias estruturas à base de FeAs descobertas, em particular, a família BaFe2As2 (122) é uma das mais estudadas até o momento por ser um composto intermetálico possível de ser crescido com relativa facilidade e alta qualidade comparada às outras famílias. Este composto puro possui uma transição estrutural de tetragonal para ortorrômbica à uma temperatura Ts ? 139 K, e, diminuindo a temperatura, há uma transição magnética de paramagnético (PM) para uma ordem anti-ferromagnética tipo onda de densidade de spin (SDW, no inglês) em TSDW ? 134 K. Estas transições em Ts e TSDW são gradualmente suprimidas tanto por substituição química quanto por pressão aplicada, e, antes que sejam completamente suprimidas, supercondutividade é induzida. Nesta região onde a supercondutividade (SC) ainda está emergindo, há coexistência e/ou competição de SC e SDW, com a presença de momentos quase localizados do Fe. Estes momentos podem agir como centros eficientes de aprisionamento de vórtices (centros de pinning) que são suprimidos gradativamente por pressão aplicada, formando um efeito de pinning magnético que se manisfestaria na corrente crítica dessas amostras. Para estudar os possíveis efeitos de pinning magnético neste material, foram crescidas amostras com diferentes substituições químicas e realizados estudos de densidades de corrente crítica sob pressão e campos magnéticos aplicados. Enquanto observamos que a densidade de corrente crítica nas amostras estudadas é dominada pela evolução da temperatura crítica Tc, encontramos evidências indiretas para a presença de pinning magnético em nossas amostras, através da comparação da dependência com a pressão observada para a temperatura crítica supercondutora Tc e para a densidade de corrente crítica Jc. Quanto às transições estrutural e magnética, discute-se na literatura se nesses sistemas há dopagem eletrônica efetiva quando se realiza substituição química, ou se ocorre uma sintonização das propriedades pelo ajuste da geometria dos tetraedros de FeAs nos planos do material. Além disso, na faixa de temperatura entre Ts e TSDW, há certo debate se o material torna-se inteiramente ortorrômbico e PM, ou se há coexistência entre as fases tetragonal/PM e ortorrômbica/SDW. Neste trabalho, foram crescidos monocristais de Ba(Fe,M)2As2 (M = Co, Cu) e neles estudadas as transições estrutural e magnética e a fase entre elas utilizando técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN), difração de raios-X e calor específico. Nossos resultados sugerem que, independente do substituinte, não há dopagem eletrônica e que a geometria nos planos de FeAs regula as propriedades do material. Além disso, mostramos que, de fato, existe coexistência entre as fases tetragonal/PM e ortorrômbica/SDW nas amostras. Estes resultados corroboram nossas próprias observações em amostras de (Ba,K)Fe2As2, o que também indica a independência dos resultados com o tipo, concentração e localização dos átomos substituintes na matriz 122. Os isolantes topológicos (ITs) são uma nova classificação da matéria proposta teoricamente e observada experimentalmente em 2006, e consistem de maneira simplificada em materiais que são isolantes de banda em seu volume, porém possuem estados de superfície metálicos robustos. As propriedades exóticas destes estados de superfície tornam estes materiais candidatos a aplicações em computação quântica e spintrônica. Muitas famílias foram propostas como ITs e estudadas recentemente, em particular a família 23 ((Bi,Sb)2(Se,Te)3) e a família dos half-Heuslers, que são o foco desta Tese. Porém, ainda há muitos aspectos destes materiais que não estão bem determinados, como por exemplo a penetração dos estados de superfície, e sua resposta a campos magnéticos e a radiações incidentes. Neste trabalho, sintetizamos cristais dos ITs da família 23 e o half-Heusler YBiPt, e os estudamos utilizando a técnica de ressonância de spin eletrônico (RSE). Para o YBiPt dopado com Nd3+, observamos um comportamento da forma de linha nãoconvencional do espectro de RSE do Nd3+, onde a forma da linha depende fortemente da potência da micro-ondas, das dimensões da amostra e da concentração de Nd3+. A este comportamento não convencional atribuímos a presença de um efeito de fônon bottleneck e à presença dos estados de superfície. Para o Bi2Se3, nossos resultados preliminares sugerem que os estados de superfície têm uma interação maior com as sondas de Gd3+ abaixo de 40 K, e que estes estados de superfície possuem caráter de orbitais p / Abstract: In this thesis, two main material classes are studied: the iron arsenide (FeAs) superconductors and the three-dimensional topological insulators. The FeAs based superconductors were discovered in 2008 and since then have aroused great interest in the scientific community as possible unconventional high-temperature superconductors. Amongst the many FeAs bases structures that were discovered until now, the BaFe2As2 (122) family is one of the most studied for being an intermetallic compound which can be grown with reasonable ease and high quality when compared to other families. This pure compound presents a structural transition at Ts ? 139 K from tetragonal to orthorhombic, and a magnetic transition at a lower TSDW ? 134 K from paramagnetic (PM) to a spin density wave (SDW) anti-ferromagnetic order. Both transitions at Ts and TSDW are gradually suppressed by either chemical substitution or applied pressure, and, before both are completely suppressed, superconductivity emerges. In this region where superconductivity (SC) is still emerging, there is coexistence and/or competition between SC and SDW order, with the presence of Fe quasi-localized magnetic moments. Those moments may act as efficient pinning centers that are gradually suppressed by applied pressure, producing a magnetic pinning effect that would manifest itself in the critical currents of such samples. To study magnetic pinning effects in the 122 family, samples with different chemical substitutions were grown, and critical current density studies were performed under applied pressure and magnetic fields. While the behavior of critical current densities is dominated by the evolution of critical temperature Tc with pressure, we have found indirect evidences for the presence of magnetic pinning in our samples. Regarding the structural and magnetic transitions, there are evidences that, in the 122 system, there is no effective electronic doping when a chemical substitution is performed but a tuning of the system properties by the geometric configuration of FeAs tetrahedra in the material. Also, there is some debate if in the temperature range between Ts and TSDW the material becomes completely orthorhombic and PM, or if there is coexistence of tetragonal/PM and orthorhombic/SDW phases. In this work, Ba(Fe,M)2As2 (M = Co, Cu) single crystals were grown and their structural and magnetic transitions were investigated by nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray diffraction and specific heat. Our results show that there is no effective electronic doping induced by any of the substitutions, and that it is the geometric configuration of FeAs tetrahedra that tunes the system properties. Also, we have shown that there is coexistence between tetragonal/PM and orthorhombic/SDW phases in these samples. The results confirm our previous observations made in (Ba,K)Fe2As2, which also indicates that our results do not depend on the type, concentration and placement of substituted atoms in the 122 matrix. Topological insulators (TIs) are a new class of condensed matter which was proposed theoretically and experimentally observed in 2006. They are, in a simplified view, materials which are band insulators in the bulk, but possess roubst intrinsic metallic surface states. The exotic properties of those surface states make these materials possible candidates in quantum computing and spintronic applications. Many different materials were proposed as TIs and recently studied, in particular the 23 family ((Bi,Sb)2(Se,Te)3) and the half-Heusler family, which are the focus of this thesis. Yet, there are several aspects of these materials which are not yet fully understood, such as the penetration of the surface states, and their response to magnetic fields and incident radiation. In this work, single crystals of the 23 and half-Heusler families were grown, and were studied by electronic spin resonance (ESR). For YBiPt, we observed an anomalous lineshape behavior, to which we attribute a phonon bottleneck effect and the presence of the surface states. For Bi2Se3, our preliminary results indicate that the surface states have an enhanced exchange interaction with the Gd3+ magnetic probes below 40 K, and that those surface states have a p-orbital character / Doutorado / Física / Doutor em Ciências