Thesis (MSc)--University of Stellenbosch, 2008. / Bibliography. Also available via the Internet.

Thesis ( Ph.D. ) -- University of Texas at Arlington, 2008.

Made available in DSpace on 2014-08-27T14:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-26Bitstream added on 2014-08-27T15:57:04Z : No. of bitstreams: 1 000781512.pdf: 7049961 bytes, checksum: 5670d7d0c2e14f1533ef292642ea6f6d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os gases atômicos ultrafrios têm proporcionado um importante ambiente no estudo de sistemas quânticos de muitas partículas nas duas últimas décadas. Em 2005, a realização experimental dum condensado de Bose-Einstein de 'INTPOT. 52 Cr' com interação magnética dipolo dipolo inter-atômica abriu a porta para um novo nível na pesquisa de gases quânticos degenerados. Ao contrário da interacção de contacto, esta nova interação é de longo alcance e anisotrópica sendo em parte repulsiva ou atrativa. Na aproximação de campomeio, inicialmente, são introduzidas as principais questões sobre condesados com especial interesse no regime atrativo (a< 0) onde é possível a formação de solitons brilhantes e a existência da instabilidade por colapso além de um certo valor crítico. O estudo é realizado,principalmente,usandoummétodonuméricoeumvariacional. Posteriormente, o condensado de Bose-Einstein dipolar é descrito através da equação não-local de GrossPitaevskii. A partir do cenário não-dipolar, por meio da extensão no método numérico e no método variacional é determinada a formação de solitons brilhantes na equação de Gross-Pitaevskii nos modelos tridimensional e quasi-unidimensional para três diferentes condensados dipolares de relevância experimental, isto é 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' e 'INTPOT. 164 Dy'. Grá?cos do potencial químico e a raiz quadrática média (rms) dos solitons são obtidos. Finalmente, estuda-se a dinâmica da colisão de dois solitons brilhantes no modelo dipolar quasi-1D de cada condensado acima / The ultracold atomic gases have provided an important environment for studying quantum many-particle systems in the last two decades. In 2005 the experimental realization of a 'INTPOT. 52 Cr' Bose-Einstein condensate with inter-atomic magnetic dipole dipole interaction opened the door to a new level in the research of degenerate quantum gases. As opposed to the usual contact interaction, this new interaction is long-range and anisotropic being partially repulsive or attractive. In the mean-?eld approximation initially are introduced the main issues about non-dipolar condensates with particular interest in the attractive regime (a< 0) where is possible the formation of bright solitons and the existence of instability by collapse beyond a certain critical value. The study is carried out mainly using a numerical method and a variational one. Later, the dipolar Bose-Einstein condensate is depicted by means of the non-local Gross-Pitaevskii equation. From the non-dipolar scenario by means of the extension in the numerical and the variational method is determined the formation of bright solitons in the GPE in the three-dimensional model and thequasi-one-dimensionaltothreedi?erentdipolarcondensatesofexperimentalrelevance, namely 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' and 'INTPOT. 164 Dy'. Plots of chemical potential and rms sizes of solitons are obtained. Finally, it is studied collision dynamics of two bright solitons in the quasi-1D dipolar model of every condensate above

Orientador: Sadhan Kumar Adhikari / Banca: Arnaldo Gammal / Banca: Lauro Tomio / Resumo: Os gases atômicos ultrafrios têm proporcionado um importante ambiente no estudo de sistemas quânticos de muitas partículas nas duas últimas décadas. Em 2005, a realização experimental dum condensado de Bose-Einstein de 'INTPOT. 52 Cr' com interação magnética dipolo dipolo inter-atômica abriu a porta para um novo nível na pesquisa de gases quânticos degenerados. Ao contrário da interacção de contacto, esta nova interação é de longo alcance e anisotrópica sendo em parte repulsiva ou atrativa. Na aproximação de campomeio, inicialmente, são introduzidas as principais questões sobre condesados com especial interesse no regime atrativo (a< 0) onde é possível a formação de solitons brilhantes e a existência da instabilidade por colapso além de um certo valor crítico. O estudo é realizado,principalmente,usandoummétodonuméricoeumvariacional. Posteriormente, o condensado de Bose-Einstein dipolar é descrito através da equação não-local de GrossPitaevskii. A partir do cenário não-dipolar, por meio da extensão no método numérico e no método variacional é determinada a formação de solitons brilhantes na equação de Gross-Pitaevskii nos modelos tridimensional e quasi-unidimensional para três diferentes condensados dipolares de relevância experimental, isto é 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' e 'INTPOT. 164 Dy'. Gráficos do potencial químico e a raiz quadrática média (rms) dos solitons são obtidos. Finalmente, estuda-se a dinâmica da colisão de dois solitons brilhantes no modelo dipolar quasi-1D de cada condensado acima / Abstract: The ultracold atomic gases have provided an important environment for studying quantum many-particle systems in the last two decades. In 2005 the experimental realization of a 'INTPOT. 52 Cr' Bose-Einstein condensate with inter-atomic magnetic dipole dipole interaction opened the door to a new level in the research of degenerate quantum gases. As opposed to the usual contact interaction, this new interaction is long-range and anisotropic being partially repulsive or attractive. In the mean-field approximation initially are introduced the main issues about non-dipolar condensates with particular interest in the attractive regime (a< 0) where is possible the formation of bright solitons and the existence of instability by collapse beyond a certain critical value. The study is carried out mainly using a numerical method and a variational one. Later, the dipolar Bose-Einstein condensate is depicted by means of the non-local Gross-Pitaevskii equation. From the non-dipolar scenario by means of the extension in the numerical and the variational method is determined the formation of bright solitons in the GPE in the three-dimensional model and thequasi-one-dimensionaltothreedifferentdipolarcondensatesofexperimentalrelevance, namely 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' and 'INTPOT. 164 Dy'. Plots of chemical potential and rms sizes of solitons are obtained. Finally, it is studied collision dynamics of two bright solitons in the quasi-1D dipolar model of every condensate above / Mestre

In this thesis, we investigate the numerical solution of time-dependent nonlinear Schrödinger equations (more specifically, the Gross-Pitaevskii equation) that appear in the modeling of Bose-Einstein condensates. Since the model is known to conserve important physical invariants, such as mass and energy of the condensate, our goal is to study the importance of reproducing the conservation on the discrete level. The reliability of conservative, compared to non-conservative, methods shall be studied through high order collocation methods for the time discretization and finite element-based space discretizations. In particular, this includes symplectic discontinuous Galerkin time-stepping methods, as well as Continuous Petrov-Galerkin methods. The methods shall be tested for a problem with a known analytical solution, namely two interacting solitons in 1D. This problem is a suitable choice due to its high sensitivity to oscillations of the energy and difficulty to approximate for large time scales.

Les polaritons de microcavité sont des états hybrides lumière-matière à caractère bosonique.Dans les dernières décennies, un grand intérêt a été accordé à leur phase de condensation de Bose-Einstein.Nous avons développé dans ce travail des outils théoriques et numériques pour comprendre et interpréter la dynamique spatiale et temporelle de la formation des condensats de polaritons.Nous avons proposé une approche numérique pour la résolution complète des équations couplées du modèle Gross-Pitaevskii généralisé à deux dimensions en coordonnées cartésiennes.Nous avons cherché à comprendre les aspects du seuil de condensation sous différentes configurations spatiales et temporelles d'excitation optique non résonante.Nous avons en particulier proposé une nouvelle approche pour définir le seuil.Enfin, pour une condensation sous exciation focalisée, dans une microcavité ZnO, nous avons pu accéder à, et comprendre, quelques propriétés vues dans les expériences. / Microcavity polaritons are hybrid light-material states of a bosonic nature.In the last decades, an enormous interest has been paid to their Bose-Einstein condensation phase.We develop, in this work the theoretical and numerical tools to understand and interpret the spatial and temporal dynamics of the formation of condensates of polaritons.We propose a numerical approach for the comprehensive resolution of the generalized Gross-Pitaevskii model in two-dimensions in Cartesian coordinates.We sought to understand the aspects of the condensation threshold under different spatial and temporal configurations of non-resonant optical excitation.In particular, we propose a new approach to define the threshold.Finally, for a condensation under a focal exciation in a ZnO microcavity, we were able to access, and understand, some of the experimentally observed properties.

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Quantum mechanics is a theory developed to explain both particle and wave-like properties of small matter such as light and electrons. The consequences of the theory can be counter-intuitive but lead to mathematical and physical theory rich in fascinating phenomena and challenging questions. This dissertation investigates the nature of quantum systems in Bernoulli distributed random potentials for systems on the one dimensional lattice {0, 1, ..., L, L+1} ⊂ Z in the large system limit L → ∞. For single particle systems, the behavior of the low energy states is shown to be approximated by systems where positive potential is replaced by infinite potential. The approximate shape of these states is described, the asymptotics of their eigenvalues are calculated in the large system limit L → ∞, and a Lifschitz tail estimate on the sparsity of low energy states is proven. For interacting multi-particle systems, a Lieb-Liniger model with Bernoulli distributed potential is studied in the Gross-Pitaevskii approximation. First, to investigate localization in these settings, a general inequality is proven to bound from below the support of the mean-field. The bound depends on the per particle energy, number of particles, and interaction strength. Then, the ground state for the one-dimensional lattice with Bernoulli potential is studied in the large system limit. Specifically, the case where the product of interaction strength and particle density is near zero is considered to investigate whether localization can be recovered.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-26Bitstream added on 2014-06-13T20:27:16Z : No. of bitstreams: 1 silva_ley_dr_ift.pdf: 4929051 bytes, checksum: ca9589a1164e8d2361903c516c6ac865 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nesta tese estudamos conceitos básicos de um condensado de Bose-Einstein (BEC) e sua extensão para sistemas com propriedades mais exóticas, incluindo misturas de dois componentes, com algumas características interessantes encontradas devido à interação entre espécies, e condensados de átomos com forte momento (magnético) dipolar, nos quais a interação dipolo-dipolo (anisotrópica e de longo-alcance), abre novas possibilidades de pesquisa na procura por desconhecidas e fascinantes características para gases atômicos ultra-frios. Mostramos o modelo de campo-médio para misturas de dois BECs interagindo através do potencial de contato e da interação dipolar de longo-alcance empregando termos não lineares de inter e intra-espécies. Aplicamos este modelo em sistemas binários com diferentes armadilhas em que um deles ou ambos podem ser dipolares. Especificamente, estudamos as características físicas de uma mistura de dois BECs - com e sem interação dipolar -, a formação (e dinâmica) de bright solitons para um BEC dipolar, algumas propriedades interessantes para um BEC dipolar no limite de interação forte, e as características de um BEC dipolar quase-livre vinculado à um outro BEC não dipolar confinado numa armadilha magnética. Apresentamos nossos resultados numéricos usando gráficos de densidade, diagramas de fase, de formação de estruturas nas densidades ou a dinâmica dos sistemas, entre outros. Sempre que possível, nossos resultados serão associados com quantidades usadas em técnicas experimentais através de um tipo específico de átomo, o número de partículas, os valores dos parâmetros de interação, a anisotropia da armadilha ou outras quantidades relacionadas com observáveis experimentais / We described the basic ideas of Bose-Einstein condensation (BEC), and then we focused our study on extensions to more exotic condensates including mixtures of two components, where interesting characteristics are found due to the interspecies interaction, and magnetic dipolar gases, which with their ansiotropic long-range dipolar interaction have opened up new avenues of research into cold atoms, in a quest for novel and fascinating features. In this thesis, we present the mean-field model for the binary BEC interacting two-componente mixtures of dipolar and nondipolar BECs, the formation and dynamics of bright solitons, the strong coupling domain for dipolar BECS, and the features of an untrapped bound dipolar droplet in a trapped nondipolar condensate. Our numerical results are presented in density plots, stability, phase plots, structure formartion in densities, breathing oscillation, and more. However, these solutions, whenever possible, are associated with quantities widely handled in experimental techniques, theough a specific types of atoms, number of particles, values of parameters of interaction or the anisotropy of trap, and others quantities related to experimental observables

Orientador: Sadhan Kumar Adhikari / Banca: Arnaldo Gammal / Banca: Dionisio Bazeia Filho / Banca: Roberto André Kraenkel / Banca: Valery Shchesnovich / Resumo: Nesta tese estudamos conceitos básicos de um condensado de Bose-Einstein (BEC) e sua extensão para sistemas com propriedades mais "exóticas", incluindo misturas de dois componentes, com algumas características interessantes encontradas devido à interação entre espécies, e condensados de átomos com forte momento (magnético) dipolar, nos quais a interação dipolo-dipolo (anisotrópica e de longo-alcance), abre novas possibilidades de pesquisa na procura por desconhecidas e fascinantes características para gases atômicos ultra-frios. Mostramos o modelo de campo-médio para misturas de dois BECs interagindo através do potencial de contato e da interação dipolar de longo-alcance empregando termos não lineares de inter e intra-espécies. Aplicamos este modelo em sistemas binários com diferentes armadilhas em que um deles ou ambos podem ser dipolares. Especificamente, estudamos as características físicas de uma mistura de dois BECs - com e sem interação dipolar -, a formação (e dinâmica) de bright solitons para um BEC dipolar, algumas propriedades interessantes para um BEC dipolar no limite de interação forte, e as características de um BEC dipolar quase-livre vinculado à um outro BEC não dipolar confinado numa armadilha magnética. Apresentamos nossos resultados numéricos usando gráficos de densidade, diagramas de fase, de formação de estruturas nas densidades ou a dinâmica dos sistemas, entre outros. Sempre que possível, nossos resultados serão associados com quantidades usadas em técnicas experimentais através de um tipo específico de átomo, o número de partículas, os valores dos parâmetros de interação, a anisotropia da armadilha ou outras quantidades relacionadas com observáveis experimentais / Abstract: We described the basic ideas of Bose-Einstein condensation (BEC), and then we focused our study on extensions to more exotic condensates including mixtures of two components, where interesting characteristics are found due to the interspecies interaction, and magnetic dipolar gases, which with their ansiotropic long-range dipolar interaction have opened up new avenues of research into cold atoms, in a quest for novel and fascinating features. In this thesis, we present the mean-field model for the binary BEC interacting two-componente mixtures of dipolar and nondipolar BECs, the formation and dynamics of bright solitons, the strong coupling domain for dipolar BECS, and the features of an untrapped bound dipolar droplet in a trapped nondipolar condensate. Our numerical results are presented in density plots, stability, phase plots, structure formartion in densities, breathing oscillation, and more. However, these solutions, whenever possible, are associated with quantities widely handled in experimental techniques, theough a specific types of atoms, number of particles, values of parameters of interaction or the anisotropy of trap, and others quantities related to experimental observables / Doutor