Processos estocásticos em teoria de campos e aplicação ao universo inflacionário

É conhecido que derivações microscópicas obtidas através de métodos de teoria quântica de campos (TQC) podem conduzir a complicadas equações de movimento (EdM) que possuem um termo dissipativo com memória e um termo de ruído colorido. Um caso particularmente interessante é o modelo que escreve a interação entre um sistema e um banho térmico a temperatura T. Motivado por isso, usamos uma prescrição que nos permite reescrever EdMs não-markovianas semelhantes as obtidas em TQC em termos de um sistema de equações locais, para então confrontarmos a solução desse sistema com a solução aproximada usada correntemente na literatura, a chamada aproximação markoviana. A pergunta chave a qual se pretende responder aqui é: dado um conjunto de parâmetros que descrevem o modelo, a aproximação markoviana é suficientemente boa para descrever a dinâmica do sistema se comparada a dinâmica obtida atravéS da EdM não-markoviana? Além disso, consideramos uma versão linear da ELG de forma que pudéssemos determinar o nível de confiança da nossa metodologia numérica, procedimento este realizado comparando-se a solução analítica com a solução numérica. Como exemplo de aplicação prática do tema discutido aqui, comparamos a evolução não-markoviana do inflaton com a evolução markoviana do mesmo num modelo de universo primordial denominado inflação não-isentrópica (warm inflation).

Teoria de campos aplicada ao grafeno:um estudo

Este trabalho visa a um estudo de bosonização de sistemas fermiônicos. As relações entre a bosonização e matéria condensada, notoriamente o caso do Grafeno, são apresentados e depois discutimos as possíveis implicações do mecanismo de i-particles na existência de correlatores de 4 correntes. Cálculos em D = 4 também são realizados para que se possa observar o diferente comportamento da ação bosonizada em diferentes dimensões.

Dinâmica da condensação de Bose-Einstein em gases fracamente interagentes

A presente dissertação estuda com detalhes a evolução temporal fora do equilíbrio de um condensado de Bose-Einstein homogêneo diluído imerso em um reservatório térmico. Nós modelamos o sistema através de um campo de Bose escalar complexo. É apropriado descrever o comportamento microscópico desse sistema por meio da teoria quântica de campos através do formalismo de Schwinger-Keldysh. Usando esse formalismo, de tempo real a dinâmica do condensado é solucionada por um grupo de equações integro-diferencial auto consistente, essas são solucionadas numericamente. Estudamos também o cenário quench, e como a densidade do gás e as interações entre as flutuações tem o efeito de provocar as instabilidades nesse sistema. Aplicamos esse desenvolvimento para estudar o comportamento de duas espécies homogêneas de um gás de Bose diluído imerso em um reservatório térmico.

Tópicos de teoria de campos com aplicações a condensados de Bose-Einstein

A tese de doutorado apresenta uma aplicação de técnicas de teoria de campos em um sistema da matéria condensada. Motivados por experimentos em gases atômicos, apresentamos um estudo sobre misturas binárias de gases atômicos na presença de uma interação do tipo Josephson. O foco principal é o estudo de um modelo de dois campos complexos não-relativisticos com simetria O(2). Esta simetria é quebrada por interações que produzem um desbalanço nas populações das duas espécies bosônicas. Estudamos o modelo na aproximação de campo médio mais flutuações gaussianas, usando o formalismo de teoria de campos a temperatura finita em tempo imaginário. Os resultados mostram que, num certo intervalo de temperaturas, as duas espécies bosônicas condensam à mesma temperatura crítica e a fase relativa do condensado é fixa, determinada pela fase do campo externo aplicado.

Modelo de Ginzburg-Landau a partir da teoria de campos a temperatura finita

Neste trabalho, utilizamos o formalismo de teorias quânticas de campos a temperatura finita, tal como desenvolvidas por Matsubara, aplicado a uma hamiltoniana de N campos escalares com autointeração quártica a N grande. Obtém-se uma expressão, na primeira aproximação quântica, para o coeficiente do termo quadrático da hamiltoniana ("massa quadrada"), renormalizado, como função da temperatura. A partir dela, estudamos o processo de quebra espontânea de simetria. Por outro lado, a mesma hamiltoniana é conhecida como modelo de Ginzburg-Landau na literatura de matéria condensada, e que permite o estudo de transições de fase em materiais ferromagnéticos. A temperatura é introduzida através do termo quadrático na hamiltoniana, de forma linear: é proporcional à diferença entre a variável de temperatura e a temperatura crítica. Tal modelo, porém, possui validade apenas na regi~ao de temperaturas próximas à criticalidade. Como resultado de nossos cálculos na teoria de campos a temperatura finita, observamos que, numa faixa de valores em torno da temperatura crítica, a massa quadrática pode ser aproximada por uma relação linear em relação à variável de temperatura. Isso evidencia a compatibilidade da abordagem de Ginzburg-Landau, na vizinhança da criticalidade, com respeito ao formalismo de campos a temperatura finita. Discutimos também os efeitos causados pela presença de um potencial químico no sistema.

Inflação em sistemas com fluidos de radiação com viscosidade e dissipação e análise de estabilidade

Este trabalho apresenta um estudo da estabilidade das equações da inflação morna com um fluido de radiação viscoso. A viscosidade do fluido é proveniente do constante decaimento de partículas neste, devido à dissipação do campo escalar da inflação, o ínflaton.Esta viscosidade, que pode ser volumar ou laminar, é tratada em termos de teorias termodinâmicas fora do equilíbrio. Este estudo se limita às equações de fundo da inflação morna, de modo que somente a viscosidade volumar tem um efeito significativo, sendo a viscosidade laminar importante somente no contexto de perturbações cosmológicas. A descrição da viscosidade em termos de uma termodinâmica fora do equilíbrio, porém, não pode ser realizada univocamente, pois a única informação que temos sobre processos irreversíveis é a segunda lei da termodinâmica. Portanto, parte-se em busca de teorias que estejam de acordo com esta lei e que, por argumentos plausíveis, sejam capazes de descrever o comportamento dos fluxos dissipativos próximo ao equilíbrio. O objetivo deste trabalho é estudar a estabilidade da inflação morna viscosa para teorias causais e não causais para o fluido de radiação com viscosidade, de forma que se possa observar o impacto da viscosidade no regime inflacionário e a relevância de se passar a considerar a causalidade. Para o fluido de radiação, as teorias consideradas são a teoria não causal de Eckart e as teorias causais de Israel-Stewart e de Denicol et al (hidrodinâmica dissipativa causal não linear). Obtém-se que as teorias causais, como era de se esperar, além de serem, por definição, consistentes no tocante à finitude da velocidade de propagação dos fluxos dissipativos, tornam o sistema dinâmico estável para valores de viscosidade mais distantes do equilíbrio. Observa-se também, nitidamente, que a teoria de Denicol et al é a mais robusta nesse sentido. Este trabalho, portanto, visa dar continuidade ao estudo dos efeitos não-isentrópicos na inflação, já que, além da dissipação do ínflaton na inflação morna, o impacto da viscosidade tem despertado bastante interesse.

Does the orbital degeneracy play any role in the high thermopower of lamellar cobaltites?

This article investigates the role of the CoO6 octahedron distortion on the electronic properties and more particularly on the high value of the Seebeck coefficient in the BiCaCoO lamellar cobaltites. Our measurements provide clues indicating that the t2g orbital degeneracy lifting has to be considered to account for the observed high temperature limit of the thermopower. They also provide experimental arguments for locating the a1g and eg′ orbitals levels on the energy scale, through the compression of the octahedron. These results are in agreement with recent ab initio calculation including the electronic correlations and concluding for the inversion of these levels as compared to the expectation from the crystal field theory. © 2007 American Institute of Physics.

Low-energy exciton states in a ZnO cylindrical nanodisk

We consider the electron-hole pair confined in a simplified infinite potential. The low-lying excition states in a ZnO cylindrical nanodisk are calculated based on effective-mass theory. To further understand the optical properties, we calculate the linear optical susceptibilities chi(w) and the radiative recombination lifetime tau of excitons in a ZnO nanodisk. The exciton radiative lifetime in a cylindrical nanodisk is of the order of tens of picoseconds, which is small compared with the lifetime of bulk ZnO material. (C) 2008 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.3006134]

Electronic states of InAs/GaAs tyre-shape quantum ring

In the framework of the effective mass theory, this paper calculates the electron energy levels of an InAs/GaAs tyre-shape quantum ring (TSQR) by using the plane wave basis. The results show that the electron energy levels are sensitively dependent on the TSQR's section thickness d, and insensitively dependent on TSQR's section inner radius R-1 and TSQR's inner radius R-2. The model and results provide useful information for the design and fabrication of InAs/GaAs TSQRs.

Electronic structure and exciton states in the freestanding ZnO nanorods

The electronic structure and exciton states of cylindrical ZnO nanorods with radius from 2 to 6 nm are investigated based on the framework of the effective-mass theory. Using the adiabatic approximation, the exciton binding energies taking account of the dielectric mismatch are solved exactly when the total angular momentum of the exciton states L = 0 and L = +/- 1. We find that the exciton binding energies can be enhanced greatly by the dielectric mismatch and the calculated results are almost consistent with the experimental data. Meanwhile, we obtain the optical transition rule when the small spin-obit splitting Delta(so) of ZnO is neglected. Furthermore, the radiative lifetime and linear optical susceptibilities chi(w) of the exciton states are calculated theoretically. The theoretical results are consistent with the experimental data very well. (C) 2009 American Institute of Physics. [DOI 10.1063/1.3125456]

Investigation of Electronic Energy Levels in InAs Quantum Dot with Shape of Lens by Using B-Spline Technique

The dependence of the electronic energy levels on the size of quantum dots (QDs) with the shape of spherical lens is studied by using the B-spline technique for the first time. Within the framework of the effective-mass theory, the values of electronic energy levels are obtained as a function of the height, radius and volume of QDs, respectively. When the height or radius of QDs increases, all the electronic energy levels lower, and the separations between the energy levels decrease. For lens-shape QDs, height is the key factor in dominating the energy levels comparing with the effect of radius, especially in dominating the ground-state level. These computational results are compared with that of other theoretical calculation ways. The B-spline technique is proved to be an effective way in calculating the electronic structure in QDs with the shape of spherical lens.

Photoluminescence of low-dimensional semiconductor structures under pressure

Photoluminescence of some low-dimensional semiconductor structures has been investigated under pressure. The measured pressure coefficients of In0.55Al0.45 As/Al0.5Ga0.5As quantum dots with average diameter of 26, 52 and 62 nm are 82, 94 and 98 meV/GPa, respectively. It indicates that these quantum dots are type-I dots. On the other hand, the measured pressure coefficient for quantum dots with 7 nm in size is -17meV/GPa, indicating the type-II character. The measured pressure coefficient for Mn emission in ZnS:Mn nanoparticles is -34.6meV/GPa, in agreement with the predication of the crystal field theory. However, the DA emission is nearly independent on pressure, indicating that this emission is related to the surface defects in ZnS host. The measured pressure coefficient of Cu emission in ZnS: Cu nanoparticles is 63.2 meV/GPa. It implies that the acceptor level introduced by Cu ions has some character of shallow level. The measured pressure coefficient of Eu emission in ZnS:Eu nanoparticles is 24.1 mev/GPa, in contrast to the predication of the crystal field theory. It may be due to the strong interaction between the excited state of Eu ions and the conduction band of ZnS host.

Computer simulation of a-Si : H/mu c-Si : H diphasic silicon solar cells

Based on our experimental research on diphasic silicon films, the parameters such as absorption coefficient, mobility lifetime product and bandgap were estimated by means of effective-medium theory. And then computer simulation of a-Si: H/mu c-Si: H diphasic thin film solar cells was performed. It was shown that the more crystalline fraction in the diphasic silicon films, the higher short circuit density, the lower open-circuit voltage and the lower efficiency. From the spectral response, we can see that the response in long wave region was improved significantly with increasing crystalline fraction in the silicon films. Taking Lambertian back refraction into account, the diphasic silicon films with 40%-50% crystalline fraction was considered to be the best intrinsic layer for the bottom solar cell in micromorph tandem.

Photoluminescence of doped ZnS nanoparticles under hydrostatic pressure

The pressure dependence of the photoluminescence from ZnS : Mn2+, ZnS : Cu2+, and ZnS : Eu2+ nanoparticles were investigated under hydrostatic pressure up to 6 GPa at room temperature. Both the orange emission from the T-4(1) - (6)A(1) transition of Mn2+ ions and the blue emission from the DA pair transition in the ZnS host were observed in the Mn-doped samples. The measured pressure coefficients are -34.3(8) meV/GPa for the Mn-related emission and -3(3) meV/GPa for the DA band, respectively. The emission corresponding to the 4f(6)5d(1) - 4f(7) transition of Eu2+ ions and the emission related to the transition from the conduction band of ZnS to the t(2) level of Cu2+ ions were observed in the Eu- and Cu-doped samples, respectively. The pressure coefficient of the Eu-related emission was found to be 24.1(5) meV/GPa, while that of the Cu-related emission is 63.2(9) meV/GPa. The size dependence of the pressure coefficients for the Mn-related emission was also investigated. The Mn emission shifts to lower energies with increasing pressure and the shift rate (the absolute value of the pressure coefficient) is larger in the ZnS : Mn2+ nanoparticles than in bulk. Moreover, the absolute pressure coefficient increases with the decrease of the particle size. The pressure coefficients calculated based on the crystal field theory are in agreement with the experimental results. (C) 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Plasmons in vertically coupled InAs/GaAs quantum dots

We investigate plasmon excitations in a quantum wire that consists of an infinite one-dimensional array of vertically coupled InAs/GaAs strained quantum dots (QDs). The research is carried out in the framework of random-phase approximation using effective-mass theory. Our formalism is capable of studying plasmons with strong tunneling among QDs, which frustrate the conventionally adopted tight-binding approximation. Based on this formalism, a systematic study on the intraminiband or intrasubband plasmon in vertically coupled InAs/GaAs strained QDs is presented. It is found that an increase of the dot spacing will inevitably reduce the plasmon energy. In contrast, the role of dot height is relatively complex and depends on the dot spacing. The results demonstrate the possibility to engineer collective excitations in low dimensional systems by simply changing their geometric configuration.