Paradoxo de Klein em sistemas mesoscópicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Silva, Adson Felipe Melo Rodrigues da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Física
Programa de Pós-Graduação em Física
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19079
Resumo: The research on mesoscopic electronic devices has attracted the curiosity of many theoretical, as well as experimental, research groups. There are two meaningful experimental examples, the two-electron electron gas and the quantum billiard single-layer graphene. The main di erence between them is the behavior of its electron's wave function. Schr odinger's equation describes the former, and Dirac's massless equation describes the latter. Particularly, the latter, due to its subnetting symmetry, exhibits interesting and peculiar transport physical phenomena not observed in others. In this thesis, we analyzed the behavior of some universal electron transport phenomena in mesoscopic systems. Such events are usually studied under the light of quantum scattering following the Hamiltonian model, to that end, we used Mahaux-Wiedenm uller formulation to the special case of a chaotic cavity coupled to two terminals - waveguides. In this context, we compared the so-called Schr odinger's, non-relativistic, and Dirac's, relativistic, Billiards with respect to transport physical properties, such as conductance and shot-noise power and its respective variances, in addition to the quantum interference terms. The Mahaux-Weidenm uller Hamiltonian Model relates the quantum scattering of electronic propagation channels through a chaotic cavity or quantum dot with a large number of resonances with a scattering matrix S, which associates the incident waves to the output waves amplitudes from the interaction cavity. We were able to link the transport properties to the scattering matrix through the Landauer-B uttiker formalism. The model generates scattering matrices following the random matrix theory. Besides the billiards comparison, we were able to associate Dirac's chaotic billiard with Klein's paradox, because of the subnetting symmetry, also called chiral symmetry, found in structures like the graphene's. Many of the previous results concerning the transport properties of these billiards are known only for ideal contact, that is, the coupling of the guides and the interaction cavity is ideal - without a potential barrier. Our study, however, is complete, with both ideal and non-ideal contacts. We show universal results that revealed abnormal behaviors in the conductance, in the ring noise power and in the respective distributions of eigenvalues. Particularly, we demonstrate Klein's paradox in the suppression/ampli cation transitions of the observables' transport in chaotic Dirac billiards.
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In this thesis, we analyzed the behavior of some universal electron transport phenomena in mesoscopic systems. Such events are usually studied under the light of quantum scattering following the Hamiltonian model, to that end, we used Mahaux-Wiedenm uller formulation to the special case of a chaotic cavity coupled to two terminals - waveguides. In this context, we compared the so-called Schr odinger's, non-relativistic, and Dirac's, relativistic, Billiards with respect to transport physical properties, such as conductance and shot-noise power and its respective variances, in addition to the quantum interference terms. The Mahaux-Weidenm uller Hamiltonian Model relates the quantum scattering of electronic propagation channels through a chaotic cavity or quantum dot with a large number of resonances with a scattering matrix S, which associates the incident waves to the output waves amplitudes from the interaction cavity. We were able to link the transport properties to the scattering matrix through the Landauer-B uttiker formalism. The model generates scattering matrices following the random matrix theory. Besides the billiards comparison, we were able to associate Dirac's chaotic billiard with Klein's paradox, because of the subnetting symmetry, also called chiral symmetry, found in structures like the graphene's. Many of the previous results concerning the transport properties of these billiards are known only for ideal contact, that is, the coupling of the guides and the interaction cavity is ideal - without a potential barrier. Our study, however, is complete, with both ideal and non-ideal contacts. We show universal results that revealed abnormal behaviors in the conductance, in the ring noise power and in the respective distributions of eigenvalues. Particularly, we demonstrate Klein's paradox in the suppression/ampli cation transitions of the observables' transport in chaotic Dirac billiards.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO estudo dos dispositivos eletrônicos mesoscópicos é um assunto que vem atraindo a atenção de vários grupos de pesquisa, tanto teóricos quanto experimentais. Existem dois exemplos experimentais relevantes nesse sentido, o gás de elétrons bidimensionais e o bilhar quântico de grafeno de camada única. A principal diferença entre os dois sistemas e o comportamento da função de onda dos elétrons dentro deles. O primeiro e descrito pela equação de Schrodinger e o segundo e descrito pela equação de Dirac sem massa. Esse ultimo em particular, devido a sua simetria de sub-rede, apresenta interessantes e peculiares fenômenos físicos de transporte n~ao observados em outros sistemas. Nesta tese, analisamos o comportamento de alguns dos fenômenos universais de transporte de elétrons nos chamados sistemas mesoscópicos. Tais fenômenos são estudados no contexto de espalhamento quântico seguindo o modelo hamiltoniano, onde, para isso, seguimos a fórmula de Mahaux-Weidenmuller para o caso particular de uma cavidade caótica acoplada a dois terminais - guias de onda. Nesse sentido, foi comparado os chamados Bilhares de Schrodinger, não-relativístico, e de Dirac, relativístico, com respeito às propriedades físicas de transporte como condutância e potência do ruído de disparo com suas respectivas variâncias, além dos termos de interferência quântica. O modelo hamiltoniano Mahaux-Weidenmuller relaciona o espalhamento quântico de canais de propagação eletrônicos por uma cavidade caótica, ou ponto quântico, com um número muito grande de ressonâncias, a uma matriz de espalhamento S, onde as amplitudes das ondas incidentes são relacionadas com as amplitudes das ondas de saída da cavidade de interação. Através do formalismo de Landauer-Buttiker, e possível relacionar as propriedades de transporte a matriz de espalhamento. O modelo consiste em gerar matrizes de espalhamento seguindo a teoria de matrizes aleatórias. Além do comparativo entre os bilhares, foi possível relacionar o bilhar de Dirac caótico, devido a simetria de sub-rede, ou simetria quiral, presente em estruturas como a do grafeno, com o paradoxo de Klein. Muitos dos resultados relativos as propriedades de transporte desses bilhares são conhecidos apenas para contatos ideais, ou seja, quando o acoplamento dos guias com a cavidade de interação e ideal - sem barreira de potencial. Fizemos um estudo completo tanto para contatos ideais como para não ideais, onde mostramos resultados universais que revelaram comportamentos anômalos na condutância, na a potência do ruído de disparo e nas respectivas distribuições de autovalores. Em particular, demostramos o paradoxo de Klein nas transições de supressão/amplificação dos observáveis de transporte do bilhar de Dirac caótico.Universidade Federal da ParaíbaBrasilFísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPBRamos, Jorge Gabriel Gomes de Souzahttp://lattes.cnpq.br/4289978259221930Silva, Adson Felipe Melo Rodrigues da2021-01-02T21:10:03Z2019-08-022021-01-02T21:10:03Z2019-04-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19079porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-08-19T19:51:53Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19079Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2021-08-19T19:51:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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description The research on mesoscopic electronic devices has attracted the curiosity of many theoretical, as well as experimental, research groups. There are two meaningful experimental examples, the two-electron electron gas and the quantum billiard single-layer graphene. The main di erence between them is the behavior of its electron's wave function. Schr odinger's equation describes the former, and Dirac's massless equation describes the latter. Particularly, the latter, due to its subnetting symmetry, exhibits interesting and peculiar transport physical phenomena not observed in others. In this thesis, we analyzed the behavior of some universal electron transport phenomena in mesoscopic systems. Such events are usually studied under the light of quantum scattering following the Hamiltonian model, to that end, we used Mahaux-Wiedenm uller formulation to the special case of a chaotic cavity coupled to two terminals - waveguides. In this context, we compared the so-called Schr odinger's, non-relativistic, and Dirac's, relativistic, Billiards with respect to transport physical properties, such as conductance and shot-noise power and its respective variances, in addition to the quantum interference terms. The Mahaux-Weidenm uller Hamiltonian Model relates the quantum scattering of electronic propagation channels through a chaotic cavity or quantum dot with a large number of resonances with a scattering matrix S, which associates the incident waves to the output waves amplitudes from the interaction cavity. We were able to link the transport properties to the scattering matrix through the Landauer-B uttiker formalism. The model generates scattering matrices following the random matrix theory. Besides the billiards comparison, we were able to associate Dirac's chaotic billiard with Klein's paradox, because of the subnetting symmetry, also called chiral symmetry, found in structures like the graphene's. Many of the previous results concerning the transport properties of these billiards are known only for ideal contact, that is, the coupling of the guides and the interaction cavity is ideal - without a potential barrier. Our study, however, is complete, with both ideal and non-ideal contacts. We show universal results that revealed abnormal behaviors in the conductance, in the ring noise power and in the respective distributions of eigenvalues. Particularly, we demonstrate Klein's paradox in the suppression/ampli cation transitions of the observables' transport in chaotic Dirac billiards.
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