Neste trabalho mostramos de que maneira o princípio variacional dependente do tempo pode ser usado para se estudar correções quânticas ao limite clássico, particularmente, no contexto do modelo de Lipkin SU(2). Mostramos que tais correções podem ser colocadas na forma Hamiltoniana, acoplando-se a dinâmica clássica um conjunto de variáveis associadas às flutuações quânticas, nos levando à uma dinâmica efetiva com o número de graus de liberdade dobrado em relação ao sistema clássico. Como conseqüência o comportamento caótico emerge. Mostramos que este caos semiquântico é o mecanismo através do qual o tunelamento se manifesta no espaço de fase. Mostramos que tais correções melhoram sistematicamente o resultado c1ássico, propondo um critério para quantificar esta melhora. / We show how the time dependent variational principle can be used to study quantum corrections to the classical limit, in particular of the SU(2) Lipkin Model. We show how much corrections can be cast in Hamiltonian form, coupling to the classical dynamics a set of variables associated to the quantum fluctuations. This leads to an effective dynamics which has the number of degrees of freedom doubled with respect to the classical system. As a consequence chaotic behavior emerges. We show that this semiquantal chaos is the mechanism through which tunneling is effected, and also, that these corrections systematically improve the classical results and propose some quantitative measure of this improvement.

Este trabalho mostra um modelo onde um íon sem spin tunela entre dois mínimos de potencial em um metal e interage eletrostaticamente com os elétrons de condução. Este modelo foi proposto por Kondo em 1976, sendo que ele não considerou a possibilidade do tune1amento ocorrer via espalhamento dos elétrons de condução. Este processo é conhecido como tunelamento assistido, e neste trabalho, nós o estamos levando em consideração. Para diagonalizar o Hamiltoniano que representa o modelo nós utilizamos o Grupo de Renormalização Numérico. Estamos mostrando o calor específico como função da temperatura no caso onde não há tunelamento assistido e no caso onde ele está presente. Este trabalho mostra, também, que para uma escolha apropriada de parâmetros, este modelo é mapeado no famoso Hamiltoniano de Kondo para uma impureza magnética em metal. Mostramos, ainda, o comportamento da taxa efetiva de tunelamento em função do parâmetro que representa o tunelamento assistido. Em especial, verifica-se que essa taxa pode, em alguns casos, ser maior que a taxa de tunelamento livre. / This work shows a model where a spinless ion tunnels between a double potential well in a metal and interacts eletrostatically with the electrons of conduction bando This model was proposed by Kondo in 1976, but he did not consider the possibility of a tunneling caused by a scattering of conduction electron. This process is called assisted tunneling, and in this work, we take it into account. Numerical Renormalization Group is used to diagonalize the Hamiltonian representing the model. We are showing here curves of specific heat as a function of temperature in the case where there is no assisted tunneling and in the case where it is present. This work also shows that for an appropriate choice of parameters this model maps in the famous Kondo Hamiltonian for a magnetic impurity in metal. Finally, we are showing the behavior of the effective tunneling rate as a function of the parameter that represent the assisted tunneling. In special, the results show that the rate may be, in some cases, larger that the bare tunneling rate.

O objetivo deste trabalho foi a construção de um microscópio de tunelarnento (STM) e sua aplicação a alguns tipos de materiais. Todas suas partes constituintes - cabeça de medida, sistema de isolamento contra vibrações, circuito eletrônico de retroalirnentação e programa computacional de controle - foram desenvolvidas c montadas em nosso laboratório. O aparelho foi testado e calibrado por medidas de interferência óptica e através de imagens da estrutura cristalina de grafite obtidas com o próprio instrumento. Foi realizado um estudo sobre filmes finos de ouro, otirnizando-se o processo de deposição por sputtering, para sua utilização corno cobertura de amostras isolantes a serem investigadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) ou de tunelarnento. Um método de preparo de amostras sernicondutoras foi proposto e utilizado no estudo inicial de pontos quânticos de InAs crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). / The aim of this work was the construction of a scanning tunneling microscope (STM) and its application to some interesting physical systems. All its parts- measurement head, antivibration system, electronic feedback circuit and control software were developed and mounted in our laboratory. The instrument was tested and calibrated by optical interferometry and using images of the atomic structure of graphite obtained with the microscope itself. A systematic study of thin sputtered Au films was carried out in order to optimize the sputtering process for its use in the coverage of insulating samples to be investigated by scanning electron microscopy (SEM) and STM. We also proposed a new method to prepare semiconducting surfaces for STM measurements in air, which was used to study InAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE).

Utilizando o grupo de Renormalização Numérico, técnica criada por Wilson (1975) para o estudo do problema de uma impureza magnética em metal não magnético, foi calculada a densidade espectral no Modelo de Kondo deTunelamento, que consiste em duas impurezas, interagentes, localizadas em posições fixas num metal e separados por uma distância R. Os níveis de energia destas impurezas são degenerados e, portanto, um buraco criado em uma delas, tunela entre os dois níveis de energia de impurezas com uma taxa de tunelamento &#916. A simetria de inversão, presente no problema, possibilita a separação de densidade espectral em duas partes, uma correspondendo à evolução do buraco criado no orbital ligante, chamada densidade espectral par e outra correspondendo à evolução do buraco criado no orbital anti-ligante, chamada densidade espectral ímpar. O comportamento das curvas, em certos limites, obedece a lei de potência proposta por Doniach e Sünji(C com acento agudo) [6], cujos expoentes podem ser encontrados em termos das defasagem da banda de condução. O estudo deste problema já foi feito anteriormente, mas sem explorar uma lei de conservação existente no problema, a conservação da paridade. Este número quântico adicional (paridade) permite uma diagonalização numérica mais eficiente e portanto permite que se explore melhor o espaço de parâmetros do modelo. / Using the Numerical Renormalization Group, a technique created by Wilson (1975), to study the problem of one magnetic impurity in a non-magnetic metal the spectral density in the Kondo Tunneling Model was calculated. This model consists of two interacting impurities located at fixed positions in a metal, separated by a distance R. Since the energy levels of such impurities are degenerate, a hole, which is created in one of them, can tunnel between the two levels at a rate &#916. The inversion symmetry of the problem allows the spectral density to be split in two parts. One of them describes the evolution of the hole created in the bonding orbital the even spectral density, and the other describe the evolution of the hole created in the anti-bonding orbital, the odd spectral density. The behavior of the curves obtained obeys, certain limits being taken, the power law proposed by Doniach and Sunjic whose exponents can be found in terms of the phase shifts of the conduction band. This problem has been studied previously. However, parity conservation was not exploited in such study. This quantum number, taken into account in the present work, allows for more efficient numerical diagonalization and thus a better study of the model\'s parameter space.

Resultados do Grupo de Renormalização Numérico (GRN) para a condutância linear dependente da temperatura associada a corrente de tunelamento através de uma ponta de prova nas proximidades de uma impureza magnética são apresentados. Nós usamos o Modelo de Anderson de uma impureza para descrever o metal hospedeiro e um Hamiltoniano livre para simular a ponta de prova do MVT (Microscópio de Varredura por Tunelamento). O cálculo da condutância é obtida a partir da fórmula de Kubo com o Hamiltoniano de tunelamento tratado como uma perturbação com dois canais de tunelamento, ponta-impureza e ponta-substrato, com o objetivo de descrever esse sistema que está totalmente fora do equilíbrio. Esse cálculo é guiado pelo GRN de Wilson para determinar a fórmula da condutância em termos de densidades espectrais: a densidade local da impureza e a densidade relativa ao primeiro sítio de condução da rede tight-binding do GRN. Esse resultado para o operador do GRN transforma esse objeto teórico em uma quantidade mensurável. Mostramos sob condições especiais, que o gráfico da condutância em função da temperatura é uma curva universal. Como função da posição ponta-impureza, as correntes de tunelamento mostram oscilações de Friedel, que determinam o tamanho da nuvem Kondo. Finalmente, mostramos como função da energia da impureza, a corrente da impureza para a ponta mostra um platô de Kondo. A interferência entre essa corrente e a que flui da banda de condução para a ponta exibe anti-ressonâncias de Fano como as observadas em medidas espectroscópicas. / Numerical Renormalization Group (NRG) results for the temperature dependent linear conductance associated with the scanning-tunneling current through a probe near a magnetic impurity are reported. We used the Single Impurity Anderson Model to describe the host metal and a free electron Hamiltonian to simulate a STM (Scanning Tunneling Microscope) biased tip. The calculation of the conductance is obtained from the Kubo Formula with the Tunneling Hamiltonian treated as a perturbation with two tunneling channels, STM tip-impurity and STM tip-host metal, with the objective to describe this fully nonequilibrium system. This calculation is guided by Wilson\'s NRG to determine a conductance formula as a funciton of spectral densities: the local impurity density and the density relative to the first conduction site of the NRG tight-binding chain. This result for the NRG operator transforms this theoretical object into a measurable quantity. We show that, under special conditions, plotted as a function of temperature, this zero-bias conductance follows a universal curve. As a function of tip-impurity separation, the tunneling currents display Friedel Oscilations, which determine the size of the Kondo cloud. Finally, plotted as a function of impurity energy, the current from the impurity to the tip displays a Kondo plateau. The inferference between this current and that flowing from the conduction band to the tip displays Fano anti-ressonances analogous to those seen in spectroscopic measurements.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:11:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dartora_CesarAugusto_D.pdf: 2101604 bytes, checksum: 3eb6940416ec56ede441909468db04be (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O interesse atual e crescente nos sistemas mesoscópicos se deve à miniaturização cada vez maior dos dispositivos eletrônicos e à produção de materiais com possibilidade de armazenar informação em altas densidades (Gbits e Terabits/pol 2 ). A Física Mesoscópica descreve fenômenos que ocorrem em uma escala de tamanhos intermediária entre o macroscópico e o microscópico. Esta região cinzenta permite interpolar entre o regime atômico-molecular e o limite macroscópico, dominado este último pelas propriedades de volume (bulk ), que são objetos usuais de estudo em Física da Matéria Condensada. Na escala de nanometros e dezenas de nanometros, os elétrons podem propagar-se sem sofrer espalhamento inelástico (regime balístico) e a fase da função de onda pode manter sua coerência em escala da ordem do tamanho do sistema, dando lugar aos típicos fenômenos de interferência quântica. Neste trabalho fazemos um estudo detalhado das propriedades de transporte quântico em sistemas mesoscópicos, onde as barreiras de tunelamento fazem parte de diversos dispositivos eletrônicos. Estes sistemas incluem barreiras isolantes entre eletrodos metálicos, nanocontatos metálicos e junções tipo Josephson entre supercondutores. As principais estruturas aqui estudadas são as junções magnéticas de tunelamento e os nanofios e nanocontatos ferromagnéticos. Em ambos o fenômeno da magnetorresistência gigante (GMR) está presente, porém as origens do fenômeno são diferentes. Em junções de tunelamento a GMR tem origem na densidade de estados dos elétrons de condução nos eletrôdos ferromagnéticos, entre os quais uma barreira isolante é colocada, bem como no tunelamento inelástico assistido por mágnons que surgem nas interfaces entre eletrodos e região isolante. Em nanocontatos e nanofios o fenômeno deve-se principalmente ao forte espalhamento de elétrons com dependência de spin na presença de paredes de domínio magnéticas / Abstract: The interest in mesoscopic systems has grown significantly due to the increasing miniaturization of electronic devices and the production of materials which makes possible to store information in higher densities (Gbits and Terabits/in 2 ). The Mesoscopic Physics describes phenomena that happen in an intermediary scale of sizes between the macroscopic and the microscopic world. This gray region allows to interpolate between the atomic-molecular regime and the macroscopic limit, the last one dominated by bulk properties which are the usual subject of Condensed Matter Physics. In the nanometer and tens of nanometers scale electrons can pro-pagate without suffering inelastic scattering (ballistic regime) and the phase of the wavefunction maintain its coherence in the scale of system¿s size, giving place to the typical phenomena of quantum interference. In this work a detailed study of quantum transport properties in mesoscopic systems, where the tunnelling barriers make part of many electronic devices, is done. These systems include insulating barriers between metallic electrodes, metallic nanocontacts and nanowires, and Josephson junctions between superconductors. The main structures here studied are magnetic tunnelling junctions and ferromag-netic nanowires and nanocontacts. In both cases the giant magnetoresistance phe-nomenon (GMR) is present, however the origins of it are quite different. In tun-neling junctions, where an insulating barrier is placed between two ferromagnetic electrodes, the GMR is due to both, density of states effects at the ferromagnetic elec-trodes, and inelastic tunneling from magnons at the interface regions. In nanowires and nanocontacts the transport is strongly in uenced by spin-dependent scattering in the presence of magnetic domain walls / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-25T12:12:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MendozaLaTorre_GustavoMichel_D.pdf: 1916348 bytes, checksum: b8f5540da5d4eb35bea97f1eba1600a7 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho discutimos as propriedades de transporte eletrônico não interagente em sistemas nanoscópicos de transporte balístico confinado, onde as únicas fontes de espalhamento são os potenciais de confinamento e os de impurezas controláveis geradas usando, por exemplo, a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) ou técnicas de split gate. Dois cenários quânticos são estudados. Inicialmente, diodos de tunelamento ressonante de GaAs/AlGaAs (RTD) onde o transporte é perpendicular à interface das heteroestruturas. Além disso, dispositivos nanoscópicos feitos de gás de elétrons bidimensional de GaAs (2DEG) estruturados onde o transporte é paralelo à interface das heteroestruturas. Estes sistemas são modelados na aproximação da massa efetiva ou função envelope usando métodos de discretização numerica e funções de Green da rede (método recursivo e auto-energias) para calcular as probabilidades de transmissão através do sistema. No caso dos RTD estudamos a densidade de corrente versus voltagem usando o modelo de Esaki-Tsu em função dos parâmetros da heteroestrutura. Discutimos a emissão termiônica numa super-rede tipo diodo de dupla barreira de GaAs/AlAs sem acoplamento X- G e comparamos com o experimento. Também analizamos o mapeamento das funções de onda dos estados discretos em diodos de dupla barreira no regime de tunelamento ressonante. Para os sistemas de 2DEG estruturados, estudamos comparativamente diferentes potenciais de confinamento: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) e alguns sistemas acoplados calculando a condutância usando a formula de Landauer-Büttiker. Nós estudamos as condições apropriadas para realizar o mapeamento das densidades de probabilidade em OQDs usando a ponta de um AFM. Também discutimos o controle das ressonâncias de Fano e estados contínuos usando o mesmo sistema perturbado. Finalmente propomos um dispositivo quântico de multiplas funções baseado numa engenharia da função de onda, usando dois ingredientes básicos: primeiro um adequado mapeamento das densidades de probabilidade e segundo, um estudo do domínio de manipulação das ressonâncias e estados contínuos / Abstract: In this work we discuss the ballistic transport properties of non-interacting electrons in confined nanoscopic system, where the sample boundaries and a controllable impurity repulsive, such as the one induced by scanning a Atomic Force Microscope tip or using split gates technique are the only source of electron sacttering. Two quantum scenary are studied: first resonant tuneling diode of GaAs/AlGaAs (RTD) where of transport is perpendicular with the interface and mesoscopic device of confined 2DEG where of transport is parallel with the interface of the heterostructures. This systems are modelated in the aproximation of effective mass or envelope function using continuous discreet and lattice Green's function (recursive and self-energy) methods, for calculate the transmission amplitudes through system. In the case of RTD, we study the current vs voltage using the Esaki-Tsu model in function of the parameters of the heterostructures. We discuss the thermionic emission across GaAs/AlAs super lattice type double-barrier quantum well structures without X- G coupled and compared with the experiment. Also, we analized the mapping of the wave functions of discreet states in RTD: double-barrier quantum well. For the systems of confined 2DEG, we study diferent confinement potentials: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) and any systems coupled, calculate the conductance using the Landauer-B. uttiker model. We discuss the minimal conditions for wave functions mapping in OQD using the AFM tip. Also, study the tuning of Fano resonances and continuous states using the AFM tip. Finally, we propose a quantum device of multiples functions based in a wave-function engineering in quantum dots, using two ingredients basic: firts a adequate wave function mapping and second a systematic tunning of the resonant and continuous states / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: GustavoMichel Mendoza La Torre / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2012

Orientador: Prof. Dr. Gustavo Michel Mendoza La Torre / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2013.

O objetivo deste trabalho foi a construção de um microscópio de tunelarnento (STM) e sua aplicação a alguns tipos de materiais. Todas suas partes constituintes - cabeça de medida, sistema de isolamento contra vibrações, circuito eletrônico de retroalirnentação e programa computacional de controle - foram desenvolvidas c montadas em nosso laboratório. O aparelho foi testado e calibrado por medidas de interferência óptica e através de imagens da estrutura cristalina de grafite obtidas com o próprio instrumento. Foi realizado um estudo sobre filmes finos de ouro, otirnizando-se o processo de deposição por sputtering, para sua utilização corno cobertura de amostras isolantes a serem investigadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) ou de tunelarnento. Um método de preparo de amostras sernicondutoras foi proposto e utilizado no estudo inicial de pontos quânticos de InAs crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). / The aim of this work was the construction of a scanning tunneling microscope (STM) and its application to some interesting physical systems. All its parts- measurement head, antivibration system, electronic feedback circuit and control software were developed and mounted in our laboratory. The instrument was tested and calibrated by optical interferometry and using images of the atomic structure of graphite obtained with the microscope itself. A systematic study of thin sputtered Au films was carried out in order to optimize the sputtering process for its use in the coverage of insulating samples to be investigated by scanning electron microscopy (SEM) and STM. We also proposed a new method to prepare semiconducting surfaces for STM measurements in air, which was used to study InAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE).