Das Zusammenspiel von Hadronen und Modifikationen ihrer Eigenschaften auf der einen Seite und spontaner chiraler Symmetriebrechung und Restauration auf der anderen Seite wird untersucht. Es werden die QCD Summenregeln für D und B Mesonen in kalter Materie berechnet. Wir bestimmen die Massenaufspaltung von D - D-bar und B - B-bar Mesonen als Funktion der Kerndichte und untersuchen den Einfluss verschiedener Kondensate in der Näherung linearer Dichteabhängigkeit. Die Analyse beinhaltet ebenfalls D_s und D^*_0 Mesonen. Es werden QCD Summenregeln für chirale Partner mit offenem Charmfreiheitsgrad bei nichtverschwindenden Nettobaryonendichten und Temperaturen vorgestellt. Es wird die Differenz sowohl von pseudoskalaren und skalaren Mesonen, als auch von Axialvektor- und Vektormesonen betrachtet und die entsprechenden Weinberg-Summenregeln hergeleitet. Basierend auf QCD Summenregeln werden die Auswirkungen eines Szenarios auf das rho Meson untersucht, in dem alle chiral ungeraden Kondensate verschwinden wohingegen die chiral symmetrischen Kondensate ihren Vakuumwert behalten. Die komplementären Folgerungen einer Massenverschiebung und Verbreiterung der rho Mesonanregung werden diskutiert. Ein alternativer Zugang basierend auf gekoppelten Dyson-Schwinger- und Bethe-Salpeter-Gleichungen für Quarkbindungszustände wird untersucht. Zu diesem Zwecke wird die analytische Struktur des Quarkpropagators in der komplexen Ebene numerisch untersucht und die Möglichkeit getestet die Anwendbarkeit auf den Sektor der schwer-leicht Quark Systeme im skalaren und pseudoskalaren Kanal, wie dem D Meson, durch Variation des Impulsteilungsparameters zu erweitern. Die Lösungen der Dyson-Schwinger-Gleichung in der Wigner-Weyl-Phase der chiralen Symmetrie bei nichtverschwindenden Stromquarkmassen wird benutzt um den Fall einer expliziten Symmetriebrechung ohne spontane Symmetriebrechung zu untersuchen. / The interplay of hadron properties and their modification in an ambient nuclear medium on the one hand and spontaneous chiral symmetry breaking and its restoration on the other hand is investigated. QCD sum rules for D and B mesons embedded in cold nuclear matter are evaluated. We quantify the mass splitting of D - D-bar and B - B-bar mesons as a function of the nuclear matter density and investigate the impact of various condensates in linear density approximation. The analysis also includes D_s and $D^*_0 mesons. QCD sum rules for chiral partners in the open-charm meson sector are presented at nonzero baryon net density or temperature. We focus on the differences between pseudo-scalar and scalar as well as vector and axial-vector D mesons and derive the corresponding Weinberg type sum rules. Based on QCD sum rules we explore the consequences of a scenario for the rho meson, where the chiral symmetry breaking condensates are set to zero whereas the chirally symmetric condensates remain at their vacuum values. The complementarity of mass shift and broadening is discussed. An alternative approach which utilizes coupled Dyson-Schwinger and Bethe-Salpter equations for quark-antiquark bound states is investigated. For this purpose we analyze the analytic structure of the quark propagators in the complex plane numerically and test the possibility to widen the applicability of the method to the sector of heavy-light mesons in the scalar and pseudo-scalar channels, such as the D mesons, by varying the momentum partitioning parameter. The solutions of the Dyson-Schwinger equation in the Wigner-Weyl phase of chiral symmetry at nonzero bare quark masses are used to investigate a scenario with explicit but without dynamical chiral symmetry breaking.

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Das Zusammenspiel von Hadronen und Modifikationen ihrer Eigenschaften auf der einen Seite und spontaner chiraler Symmetriebrechung und Restauration auf der anderen Seite wird untersucht. Es werden die QCD Summenregeln für D und B Mesonen in kalter Materie berechnet. Wir bestimmen die Massenaufspaltung von D - D-bar und B - B-bar Mesonen als Funktion der Kerndichte und untersuchen den Einfluss verschiedener Kondensate in der Näherung linearer Dichteabhängigkeit. Die Analyse beinhaltet ebenfalls D_s und D^*_0 Mesonen. Es werden QCD Summenregeln für chirale Partner mit offenem Charmfreiheitsgrad bei nichtverschwindenden Nettobaryonendichten und Temperaturen vorgestellt. Es wird die Differenz sowohl von pseudoskalaren und skalaren Mesonen, als auch von Axialvektor- und Vektormesonen betrachtet und die entsprechenden Weinberg-Summenregeln hergeleitet. Basierend auf QCD Summenregeln werden die Auswirkungen eines Szenarios auf das rho Meson untersucht, in dem alle chiral ungeraden Kondensate verschwinden wohingegen die chiral symmetrischen Kondensate ihren Vakuumwert behalten. Die komplementären Folgerungen einer Massenverschiebung und Verbreiterung der rho Mesonanregung werden diskutiert. Ein alternativer Zugang basierend auf gekoppelten Dyson-Schwinger- und Bethe-Salpeter-Gleichungen für Quarkbindungszustände wird untersucht. Zu diesem Zwecke wird die analytische Struktur des Quarkpropagators in der komplexen Ebene numerisch untersucht und die Möglichkeit getestet die Anwendbarkeit auf den Sektor der schwer-leicht Quark Systeme im skalaren und pseudoskalaren Kanal, wie dem D Meson, durch Variation des Impulsteilungsparameters zu erweitern. Die Lösungen der Dyson-Schwinger-Gleichung in der Wigner-Weyl-Phase der chiralen Symmetrie bei nichtverschwindenden Stromquarkmassen wird benutzt um den Fall einer expliziten Symmetriebrechung ohne spontane Symmetriebrechung zu untersuchen. / The interplay of hadron properties and their modification in an ambient nuclear medium on the one hand and spontaneous chiral symmetry breaking and its restoration on the other hand is investigated. QCD sum rules for D and B mesons embedded in cold nuclear matter are evaluated. We quantify the mass splitting of D - D-bar and B - B-bar mesons as a function of the nuclear matter density and investigate the impact of various condensates in linear density approximation. The analysis also includes D_s and $D^*_0 mesons. QCD sum rules for chiral partners in the open-charm meson sector are presented at nonzero baryon net density or temperature. We focus on the differences between pseudo-scalar and scalar as well as vector and axial-vector D mesons and derive the corresponding Weinberg type sum rules. Based on QCD sum rules we explore the consequences of a scenario for the rho meson, where the chiral symmetry breaking condensates are set to zero whereas the chirally symmetric condensates remain at their vacuum values. The complementarity of mass shift and broadening is discussed. An alternative approach which utilizes coupled Dyson-Schwinger and Bethe-Salpter equations for quark-antiquark bound states is investigated. For this purpose we analyze the analytic structure of the quark propagators in the complex plane numerically and test the possibility to widen the applicability of the method to the sector of heavy-light mesons in the scalar and pseudo-scalar channels, such as the D mesons, by varying the momentum partitioning parameter. The solutions of the Dyson-Schwinger equation in the Wigner-Weyl phase of chiral symmetry at nonzero bare quark masses are used to investigate a scenario with explicit but without dynamical chiral symmetry breaking.

Cette étude est consacrée aux distributions de partons généralisées (GPDs, de l'anglais Generalised Parton Distributions). Dans un premier temps, les principales propriétés des GPDs sont rappelées. On insiste notamment sur les propriétés dites de support et sur la polynomialité. Cette dernière est automatiquement respectée lorsque l'on modélise les GPDs au travers des doubles distributions (DDs), les GPDs s'écrivant comme la transformée de Radon des DDs.Dans le cas scalaire, deux DDs, notées F et G, sont nécessaires pour décrire la GPD H. Du fait de la relation intégrale existant entre H d'un côté, et F et G de l'autre, F et G sont définies de manière ambiguë. Cette ambiguïté est exploitée dans le présent travail afin de développer une nouvelle paramétrisation phénoménologique. Utilisant l'Ansatz de Radyushkin, il est possible d'obtenir un modèle réaliste de GPD, et de le comparer aux données expérimentales disponibles. Dans le cas présent, deux types de modèles, l'un négligeant la GPD E, l'autre en tenant compte, sont comparés aux données de diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) de la collaboration Hall A au Jeffeson Laboratory (JLab). Dans le premier cas, on observe une plus grande flexibilité de la paramétrisation par rapport aux précédentes, ce qui permet une meilleure comparaison aux données sur les sections efficaces indépendantes de l'hélicité du faisceau. Dans le second cas, seule la GPD E est profondément modifiée. De ce fait la comparaison aux données change peu par rapport aux modèles précédents. Seules des données plus sensibles à E permettront de trancher entre les paramétrisations.Afin de dépasser les paramétrisations phénoménologiques, un premier pas a été fait vers la description dynamique des hadrons. En utilisant les équations de Dyson-Schwinger, il a été possible de calculer analytiquement la GPD de pion dans le cadre de l'approximation du diagramme triangle. La comparaison aux données expérimentales disponibles (facteur de forme et PDF) s'est révélée très bonne. Il est également possible de montrer que l'approximation du diagramme triangle permet de retrouver le théorème de pion mou. Néanmoins, ce premier modèle ne respecte pas l'ensemble des propriétés des GPDs. Elle viole la symétrie d'échange x, 1-x, et par conséquent des termes supplémentaires, précédemment négligés, sont pris en compte. On peut ainsi obtenir la densité de probabilité de trouver un quark portant une fraction d'impulsion x dans le plan transverse. Des perspectives de calculs sur le cône de lumière sont présentés dans le dernier chapitre. / This study is devoted to generalised parton distributions (GPDs). First, the main properties of GPDs are given to the reader. One can stress the so-called support properties and the polynomiality property. The latter is automatically fulfiled when modeling GPDs from double distributions (DDs), GPDs being considered as the Radon transform of DDs. In the scalar case, two DDs denoted by F and G are required to describe the GPD H. Due to the integral relation existing between H on one hand, and F and G on the other hand, F and G are not defnied unambiguously. This ambiguity is exploited in the present work in order to develop a new phenomenological parametrisation. Using the Radyushkin Ansatz, it is then possible get a realistic model of GPDs, and to compare it with available experimental data. In the present case, two types of models, one neglecting the GPD E, the other taking it into account are compared with the Jlab Hall A DVCS data. In the former cae, one can notice a better flexibility allowing to better reproduced the beam-helicity independent cross sections. In the latter one, only the GPD E is deeply modified, and thus the comparison with available data does not change significantly with respect to previous parametrisations. Only data more sensitive to E will allow one to selet the most relevant parametrisation.In order to go beyond phenomenological parametrisations, a first step has been done toward a dynamical description of hadron structure. Using the Dyson-Schwinger equations, it has been possible to compute analytically the pion GPD within the triangle diagram approximation. The comparison with available data (Form factor and PDF) appears to be very good. Nevertheless, this first model does not fulfil all the required properties. Especially the soft pion theorem, which corresponds to a specific kinematical limit. It has been shown in this work that this is due to the violation of the Axial-Vector Ward-Takahashi identity, and that the triangle approximation is sufficient to ensure the sof pion theorem. Still it violates the exchange symmetry x, 1-x, and thus additional terms, previously neglected, are taken into account. It is then possible to compute the probability density to find a quark at a given position in the transverse plan carrying a given momentum fraction. Finally, perspective on lightcone computations are given in the last chapter.

The vacuum, as described by Quantum Field Theory, is not as empty as classical physics once led us to believe. In fact, it is characterised by an infinite energy stored in the ground state of its constituent fields. This infinite energy has real, tangible effects on the macroscopic clusters of matter that make up our universe. Moreover, the configuration of these clusters of matter within the vacuum in turn influences the form of the vacuum itself and so forth. In this work, we shall consider the changes to the quantum vacuum brought about by the presence of time-dependent dielectrics. Such changes are thought to be responsible for phenomena such as the simple and dynamical Casimir effects and Quantum Friction. After introducing the physical and mathematical descriptions of the electromagnetic quantum vacuum, we will begin by discussing some of the basic quasi-static effects that stem directly from the existence of an electromagnetic ground state energy, known as the \textit{zero-point energy}. These effects include the famous Hawking radiation and Unruh effect amongst others. We will then use a scenario similar to that which exhibits Cherenkov radiation in order to de-mystify the 'negative frequency' modes of light that often occur due to a Doppler shift in the presence of media moving at a constant velocity by showing that they are an artefact of the approximation of the degrees of freedom of matter to a macroscopic permittivity function. Here, absorption and dissipation of electromagnetic energy will be ignored for simplicity. The dynamics of an oscillator placed within this moving medium will then be considered and we will show that when the motion exceeds the speed of light in the dielectric, the oscillator will begin to absorb energy from the medium. It will be shown that this is due to the reversal of the 'radiation damping' present for lower velocity of stationary cases. We will then consider how the infinite vacuum energy changes in the vicinity, but outside, of this medium moving with a constant velocity and show that the presence of matter removes certain symmetries present in empty space leading to transfers of energy between moving bodies mediated by the electromagnetic field. Following on from this, we will then extend our considerations by including the dissipation and dispersion of electromagnetic energy within magneto-dielectrics by using a canonically quantised model referred to as 'Macroscopic QED'. We will analyse the change to the vacuum state of the electromagnetic field brought about by the presence of media with an arbitrary time dependence. It will be shown that this leads to the creation of particles tantamount to exciting the degrees of freedom of both the medium and the electromagnetic field. We will also consider the effect these time-dependencies have on the two point functions of the field amplitudes using the example of the electric field. Finally, we will begin the application of the macroscopic QED model to the path integral methods of quantum field theory with the purpose of making use of the full range of perturbative techniques that this entails, leaving the remainder of this adaptation for future work.

La première partie de cette thèse est consacrée aux systèmes magnétiques classiques. Une méthode de recherche exhaustive des états ne brisant aucune symétrie spatiale de divers réseaux est présentée. De nouveaux ordres de Néel sur le réseau kagome sont décrits. Leurs facteurs de structure statiques fournissent une grille d'analyse pour les résultats expérimentaux. Certains ordres ayant des spins non coplanaires sont les uniques états fondamentaux de Hamiltoniens d'Heisenberg. La chiralité, paramètre d'ordre discret, donne lieu à une transition de phase à température finie, étudiée sur un modèle générique. Nous montrons que des défauts topologiques Z2 prolifèrent aux murs de domaines chiraux. L'ordre de la transition (premier ordre ou classe d'universalité d'Ising) dépend des interactions entre spins. La théorie des bosons de Schwinger en champ moyen (SBMFT) permet de faire le lien entre physique de spins classiques et quantiques : elle permet de décrire à la fois des phases ordonnées à longue portée et des phases désordonnées, parmi lesquelles les liquides de spins topologiques. Les symétries et les moyens de les imposer en SBMFT sont analysés. Différentes phases se distinguent grâce aux flux, quantités invariantes de jauge ayant une signification physique aussi bien dans un système quantique que dans la limite classique. Les visons, excitations quantiques modifiant les flux, ont ainsi leur limite classique avec les vortex Z2. En relâchant certaines contraintes de symétrie, on obtient des phases chirales, dont la limite classique renvoie au premier chapitre de cette thèse, et dont la phase désordonnée fournit des liquides de spin chiraux. L'exemple de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya sur le réseau kagome est étudié.

Im Rahmen des Funktionalintegralzugangs zur Quanteneichfeldtheorie wird in der vorliegenden Arbeit eine Quantisierungsprozedur in Termen eichinvarianter Felder vorgeschlagen und am Beispiel zwei- und vierdimensionaler abelscher Modelle (Thirring-Modell und QED) sowie der One-Flavour QCD konkret realisiert. Dazu wird die Algebra der aus der eichabhängigen Feldkonfiguration der zugrunde liegenden Quantenfeldtheorie gebildeten eichinvarianten Grassmann-Algebra-wertigen Differentialformen, welche die Struktur einer Z_2-graduierten Differentialalgebra trägt, näher untersucht. Danach erfolgt die Implementierung eines geeignet gewählten Satzes eichinvarianter Felder sowie bestimmter algebraischer Relationen in das Funktionalintegral, wodurch die ursprüngliche eichabhängige Feldkonfiguration ausintegriert werden kann. Diese als "Reduktion des Funktionalintegrals" bezeichnete Prozedur führt schließlich auf eine effektive bosonisierte (Quanten-) Theorie wechselwirkender eichinvarianter, und damit physikalischer Felder. Die vorgestellte Prozedur kann als allgemeines Bosonisierungsschema für Quantenfeldtheorien in beliebigen Raum-Zeit-Dimensionen angesehen werden. Die physikalische Auswertung der erhaltenen effektiven Theorien wird am Beispiel der Berechnung der chiralen Anomalie sowie bestimmter Vakuum-Erwartungswerte im Rahmen der untersuchten abelschen Modelle demonstriert. Wie sich dabei zeigt, wird man mit einer Reihe neuartiger Phänomene und Probleme konfrontiert, die bei geeigneter Behandlung tiefere Einblicke in nichtperturbative Fragestellungen erlauben. / Within the thesis a new procedure, called "reduction of the functional integral", is developed for formulating quantum field theories in terms of gauge invariant quantities (physical observable fields). It provides a new way for the construction and analysis of effective field theoretical models. Starting with a detailed mathematical analysis of the algebra of Grassmann--algebra valued gauge invariants, the procedure is applied to the two--dimensional Thirring--model, the four--dimensional spinor QED and the one--flavor QCD in four dimensions. For each of these three models an effective theory of interacting bosonic gauge invariant fields was deduced on the quantum level. Apart from this more theoretical considerations, first steps on the way to an analysis of the obtained effective models towards their application in various physical problems are performed. In the case of the two Abelian models a new approach to the bosonisation scheme and the calculation of the chiral anomaly in two and four dimensions were obtained, giving some deeper insight into the nature of the bosonisation phenomenon as well as the nature of anomalies, respectively. Moreover, the investigation of current--current expectation values shows that the suggested procedure can be viewed as a new way towards a non--perturbative formulation and understanding of quantum field theories.

Im Rahmen des Funktionalintegralzugangs zur Quanteneichfeldtheorie wird in der vorliegenden Arbeit eine Quantisierungsprozedur in Termen eichinvarianter Felder vorgeschlagen und am Beispiel zwei- und vierdimensionaler abelscher Modelle (Thirring-Modell und QED) sowie der One-Flavour QCD konkret realisiert. Dazu wird die Algebra der aus der eichabhängigen Feldkonfiguration der zugrunde liegenden Quantenfeldtheorie gebildeten eichinvarianten Grassmann-Algebra-wertigen Differentialformen, welche die Struktur einer Z_2-graduierten Differentialalgebra trägt, näher untersucht. Danach erfolgt die Implementierung eines geeignet gewählten Satzes eichinvarianter Felder sowie bestimmter algebraischer Relationen in das Funktionalintegral, wodurch die ursprüngliche eichabhängige Feldkonfiguration ausintegriert werden kann. Diese als "Reduktion des Funktionalintegrals" bezeichnete Prozedur führt schließlich auf eine effektive bosonisierte (Quanten-) Theorie wechselwirkender eichinvarianter, und damit physikalischer Felder. Die vorgestellte Prozedur kann als allgemeines Bosonisierungsschema für Quantenfeldtheorien in beliebigen Raum-Zeit-Dimensionen angesehen werden. Die physikalische Auswertung der erhaltenen effektiven Theorien wird am Beispiel der Berechnung der chiralen Anomalie sowie bestimmter Vakuum-Erwartungswerte im Rahmen der untersuchten abelschen Modelle demonstriert. Wie sich dabei zeigt, wird man mit einer Reihe neuartiger Phänomene und Probleme konfrontiert, die bei geeigneter Behandlung tiefere Einblicke in nichtperturbative Fragestellungen erlauben. / Within the thesis a new procedure, called "reduction of the functional integral", is developed for formulating quantum field theories in terms of gauge invariant quantities (physical observable fields). It provides a new way for the construction and analysis of effective field theoretical models. Starting with a detailed mathematical analysis of the algebra of Grassmann--algebra valued gauge invariants, the procedure is applied to the two--dimensional Thirring--model, the four--dimensional spinor QED and the one--flavor QCD in four dimensions. For each of these three models an effective theory of interacting bosonic gauge invariant fields was deduced on the quantum level. Apart from this more theoretical considerations, first steps on the way to an analysis of the obtained effective models towards their application in various physical problems are performed. In the case of the two Abelian models a new approach to the bosonisation scheme and the calculation of the chiral anomaly in two and four dimensions were obtained, giving some deeper insight into the nature of the bosonisation phenomenon as well as the nature of anomalies, respectively. Moreover, the investigation of current--current expectation values shows that the suggested procedure can be viewed as a new way towards a non--perturbative formulation and understanding of quantum field theories.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung eines mikromechanischen kraftgekoppelten Schwingsystems für die resonante Detektion niederfrequenter Schwingungen. Es wird ein neuartiges Prinzip vorgestellt, das es ermöglicht, niederfrequente Vibrationen frequenzselektiv zu erfassen. Mittels Amplitudenmodulation wird das niederfrequente Signal in einen höheren Frequenzbereich umgesetzt. Durch Ausnutzung der mechanischen Resonanzüberhöhung wird aus dem breitbandigen Signal ein schmales Band herausgefiltert, die anderen Frequenzbereiche werden unterdrückt. Auf diese Weise wird direkt die spektrale Information des niederfrequenten Signals gewonnen. Eine Fourier-Transformation ist hierbei nicht notwendig. Die Abstimmung des Sensors erfolgt über eine Wechselspannung und führt dadurch zu einer einfachen Auswertung. Die Schwerpunkte der Arbeit liegen in den theoretischen Untersuchungen zum neuartigen Sensorprinzip, in der Entwicklung einer mikromechanischen Sensorstruktur zum Einsatz des neuen Prinzips sowie in der Entwicklung und Charakterisierung eines Messsystems zur Detektion niederfrequenter mechanischer Schwingungen mit dem neuen Sensor. / This thesis describes the development and characterization of a micromechanical force coupled oscillator system for the resonant detection of low frequency vibrations. It presents a novel working principle that enables spectral measurements of low frequency vibrations. The low frequency spectral content is converted into a higher frequency range by means of amplitude modulation. Due to the mechanical resonance a narrow band is filtered out of the wide band vibration signal. The remaining frequency content is suppressed. Hence, the spectral information is directly obtained with the sensor system without a fast Fourier transform. The tuning is done with an AC voltage resulting in a simple analysis. The main focuses of the work are the theoretical analysis of this novel sensor principle, the development of the micromechanical sensor structure for the use of the novel principle as well as the development and characterization of a measurement system for the spectral detection of low frequency mechanical vibrations with the developed sensor system.

This thesis presents the work done on electronic transport in various interacting and non-interacting systems in one and two dimensions. The systems under study are: an interacting quantum dot [1], a non-interacting quantum wire and a ring in which time-dependent potentials are applied [2], an interacting quantum wire and networks of multiple quantum wires with resistive regions [3, 4], one-dimensional edge stages of a two-dimensional topological insulator [5], and a hybrid system of two-dimensional surface states of a three-dimensional topological insulator and a superconductor [6]. In the first chapter, we introduce a number of concepts which are used in the rest of the thesis, such as scattering theory, Landauer conductance formula, quantum wires, bosonization, topological insulators and superconductor. In the second chapter, we study transport through a quantum dot with interacting electrons which is connected to two reservoirs. The quantum dot is modeled by two sites within a tight-binding model with spinless electrons. Using the Lippman-Schwinger method, we write down an exact two-particle wave function for the dot-reservoir system with the interaction localized in the region of the dot. We discuss the phenomena of two-particle resonance and rectification. In the third chapter, we study pumping in two kinds of one-dimensional systems: (i) an infinite line connected to reservoirs at the two ends, and (ii) an isolated ring. The infinite line is modeled by the Dirac equation with two time-independent point-like backscatterers that create a resonant barrier. We demonstrate that even if the reservoirs are at the same chemical potential, a net current can be driven through the channel by the application of one or more time-dependent point-like potentials. When the left-right symmetry is broken, a net current can be pumped from one reservoir to the other by applying a time-varying potential at only one site. For a finite ring, we model the system by a tight-binding model. The ring is isolated in the sense that it is not connected to any reservoir or environment. The system is driven by one or more time-varying on-site potentials. We develop an exact method to calculate the current averaged over an infinite amount of time by converting it to the calculation of the current carried by certain states averaged over just one time period. Using this method, we demonstrate that an oscillating potential at only one site cannot pump charge, and oscillating potentials at two or more sites are necessary to pump charge. Further we study the dependence of the pumped current on the phases and the amplitudes of the oscillating potentials at two sites. In the fourth chapter, we study the effect of resistances present in an extended region in a one-dimensional quantum wire described by a Tomonaga-Luttinger liquid model. We combine the concept of a Rayleigh dissipation function with the technique of bosonization to model the dissipative region. In the DC limit, we find that the resistance of the dissipative patch adds in series to the contact resistance. Using a current splitting matrix M to describe junctions, we study in detail the conductances of: a three-wire junction with resistances and a parallel combination of resistances. The conductance and power dissipated in these networks depend in general on the resistances and the current splitting matrices that make up the network. We also show that the idea of a Rayleigh dissipation function can be extended to couple two wires; this gives rise to a finite transconductance analogous to the Coulomb drag. In the fifth chapter, we study the effect of a Zeeman field coupled to the edge states of a two-dimensional topological insulator. These edge states form two one-dimensional channels with spin-momentum locking which are protected by time-reversal symmetry. We study what happens when time-reversal symmetry is broken by a magnetic field which is Zeeman-coupled to the edge states. We show that a magnetic field over a finite region leads to Fabry-P´erot type resonances and the conductance can be controlled by changing the direction of the magnetic field. We also study the effect of a static impurity in the patch that can backscatter electrons in the presence of a magnetic field. In the sixth chapter, we use the Blonder-Tinkham-Klapwijk formalism to study trans-port across a line junction lying between two orthogonal topological insulator surfaces and a superconductor (which can have either s-wave or p-wave pairing). The charge and spin conductances across such a junction and their behaviors as a function of the bias voltage applied across the junction and various junction parameters are studied. Our study reveals that in addition to the zero conductance bias peak, there is a non-zero spin conductance for some particular spin states of the triplet Cooper pairs. We also find an unusual satellite peak (in addition to the usual zero bias peak) in the spin conductance for a p-wave symmetry of the superconductor order parameter.