Transições de fase metal-isolante em um fio quântico submetido a uma interação spin-órbita e a um potencial químico modulados

Autor: Thomas, Lucas Rangel
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2015
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UnBUniversidade de BrasíliaUNB.
Druh dokumentu: masterThesis
Popis: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2015.
Submitted by Tania Milca Carvalho Malheiros (tania@bce.unb.br) on 2015-11-23T17:03:53Z No. of bitstreams: 1 2015_LucasRangelThomas.pdf: 1678275 bytes, checksum: a2abc9937d70e20ec0273a467f7d3f90 (MD5)
Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-01-26T12:09:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LucasRangelThomas.pdf: 1678275 bytes, checksum: a2abc9937d70e20ec0273a467f7d3f90 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-01-26T12:09:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LucasRangelThomas.pdf: 1678275 bytes, checksum: a2abc9937d70e20ec0273a467f7d3f90 (MD5)
O objetivo deste trabalho é estudar as transições de fase metal-isolante geradas pela interação spin-órbita de Rashba e potencial químico modulados por um campo elétrico externo aplicado a um fio quântico. Utilizamos de métodos numéricos de diagonalização de matrizes para obter as autoenergias e autoestados que descrevem o sistema. Analisando o espectro de energias, observamos o aparecimento de gaps estruturais nas fronteiras das zonas de Brillouin reduzidas do sistema. Através do controle do preenchimento da rede, é possível promover transições de fase metal-isolante percorrendo as bandas de energia e, com isso, produzir uma chave de corrente baseada no grau de liberdade de spin dos elétrons. A análise dos autoestados mostrou a presença de ondas de densidade de carga e a inversão de spin, consistentes com a fenomenologia inferida a partir do estudo das autoenergias. A investigação do efeito do número de onda da modulação externa sobre o espectro de energias revelou a formação de padrões fractais conhecidos como borboletas de Hofstadter. Realizamos um estudo de caso com dados experimentais para um fio formado em um poço quântico de InAs a fim de verificar a viabilidade prática do dispositivo proposto. ___ ABSTRACT
The goal of the present work is to study the metal-insulator phase transistion in a quantum wire driven by a Rashba spin-orbit interaction and a chemical potential, when both are modulated by an external eletric array. We use numerical methods to diagonalize the Hamiltonian matrix in order to obtain the eigenenergies and eigenvalues of our system. From analyzing the energy spectrum we observe that multiple structural gaps arise at the boarders of the system’s reduced Brillouin zones. Through an external control of the band filling, the system can be carried along the energy bands, undergoing a metal-insulator phase transitions across the gaps. Since this transition relies on the presence of the Rashba spin-orbit interaction, it can be viewed as a current switch based on the electron spin degree of freedom. The analysis of the eigenstates reveals charge density waves and spin flip, in agreement with the phenomenology inferred from the spectrum. An investigation of the effect of the external modulation wave number on the eigenenergies spectrum uncovers fractal patterns known as Hofstadter butterflies. We present a case study with experimental data for a wire structured in a InAs quantum well in order to verify the practical viability of the proposed device.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: