Dispersión de floquet de fermiones de dirac sin masa: el caso del grafeno.

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En este trabajo se estudian algunos efectos producidos en la interacción de electrones de Dirac sin masa con radiación electromagnética. El ejemplo más conocido para este sistema es el grafeno monocapa en presencia de un haz láser bajo incidencia normal. Esto es interesante porque mientras que el...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Huaman Gutiérrez, Angiolo M.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2015
Materias:
Física
Física del estado sólido
Chirality
Quiralidad
Inelastic scattering
Dispersión inelástica
[Graphene
Grafeno
Floquet theory
Teoría de floquet
Goos-Hänchen effect
Efecto Goos-Hänchen
Bound States
Estados consolidados]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/522/1/1Huaman_Gutierrez.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description En este trabajo se estudian algunos efectos producidos en la interacción de electrones de Dirac sin masa con radiación electromagnética. El ejemplo más conocido para este sistema es el grafeno monocapa en presencia de un haz láser bajo incidencia normal. Esto es interesante porque mientras que el grafeno no irradiado posee una estructura de bandas sin brecha de energías, en presencia de luz circularmente polarizada adquiere una brecha de energías de no equilibrio (una brecha de cuasi-energías para ser más precisos), con varias consecuencias interesantes. Principalmente se analizan dos fenómenos: la dispersión inelástica en bordes que separan regiones irradiadas y no irradiadas en diferentes configuraciones geométricas, así como la formación de estados quirales (es decir, con una velocidad determinada únicamente por la polarización del láser) localizados en estos bordes. En ambos casos, el campo láser genera un potencial dependiente del tiempo que da lugar a una dispersión inelástica en la que los electrones pueden emitir o absorber cuantos de luz. Usaremos un haz láser monocromático que genera un potencial periódico y armónico en el tiempo. Para esto último presentaremos la teoría de Floquet para resolver la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo. Este método transforma el problema en otro independiente del tiempo pero en un espacio extendido. A su vez nos limitaremos a las excitaciones de baja energía (onda larga) respecto del nivel de Fermi, donde el hamiltoniano efectivo no irradiado tiene la forma de una hamiltoniano de Dirac para fermiones sin masa (de ahí el nombre dado en el párrafo anterior). Este método nos permitirá obtener la brecha de cuasi-energías mencionada. Para el problema de la dispersión estudiaremos dos tipos de bordes: rectos y circulares, y veremos algunas modificaciones a la paradoja de Klein (ausencia de dispersión en dirección opuesta al haz incidente), así como un corrimiento (a lo largo del borde) de los haces dispersados, un fenómeno conocido como efecto Goos-Hänchen, aunque con características peculiares. En el problema de los estados localizados entre dos regiones irradiadas, veremos que éstos sólo existen con cuasi-energías dentro de la brecha inducidad por la radiación y que hay una quiralidad neta sólo cuando los campos de radiación en las dos regiones irradiadas tienen helicidades opuestas. Estos estados se explican en base a las propiedades topológicas del sistema.
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Principalmente se analizan dos fenómenos: la dispersión inelástica en bordes que separan regiones irradiadas y no irradiadas en diferentes configuraciones geométricas, así como la formación de estados quirales (es decir, con una velocidad determinada únicamente por la polarización del láser) localizados en estos bordes. En ambos casos, el campo láser genera un potencial dependiente del tiempo que da lugar a una dispersión inelástica en la que los electrones pueden emitir o absorber cuantos de luz. Usaremos un haz láser monocromático que genera un potencial periódico y armónico en el tiempo. Para esto último presentaremos la teoría de Floquet para resolver la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo. Este método transforma el problema en otro independiente del tiempo pero en un espacio extendido. A su vez nos limitaremos a las excitaciones de baja energía (onda larga) respecto del nivel de Fermi, donde el hamiltoniano efectivo no irradiado tiene la forma de una hamiltoniano de Dirac para fermiones sin masa (de ahí el nombre dado en el párrafo anterior). Este método nos permitirá obtener la brecha de cuasi-energías mencionada. Para el problema de la dispersión estudiaremos dos tipos de bordes: rectos y circulares, y veremos algunas modificaciones a la paradoja de Klein (ausencia de dispersión en dirección opuesta al haz incidente), así como un corrimiento (a lo largo del borde) de los haces dispersados, un fenómeno conocido como efecto Goos-Hänchen, aunque con características peculiares. En el problema de los estados localizados entre dos regiones irradiadas, veremos que éstos sólo existen con cuasi-energías dentro de la brecha inducidad por la radiación y que hay una quiralidad neta sólo cuando los campos de radiación en las dos regiones irradiadas tienen helicidades opuestas. Estos estados se explican en base a las propiedades topológicas del sistema. In this work we study the interaction between massless Dirac fermions and a monochromatic electromagnetic field. The best known example of this kind of system being monolayer graphene in the presence of a laser beam at normal incidence. This is interesting because while non-illuminated graphene has a gapless band structure, in the presence of circularly polarized light it acquires a non-equilibrium energy gap (a quasi-energy gap to be more precise) with many interesting consequences. We mainly investigate two phenomena: inelastic scattering in boundaries separating illuminated and non illuminated regions in graphene using different geometrical setups, along with the rising of chiral states (that is, states with a velocity determined only by the laser polarization) localized at the borders. In both cases, the laser fields generates a time dependent potential which gives place to inelastic scattering in which electrons are allowed to absorb or emit light quanta. We will use a monochromatic laser which leads to periodic harmonic time dependent potential. To solve this problem we present the so called Floquet Theory in order to handle the time dependent Schrödinger equation. This method renders the problem into another that is time independent but in an extended Hilbert space. At the same time, we will limit ourselves to low energy excitations (long wavelength) with the Fermi level as a reference. In this situation the hamiltonian has the form of a Dirac hamiltonian for massless fermions (here the origin of the name given in the paragraph before). This method will permit us to obtain the cuasi-energy gap mentioned above. For the scattering problem we will study two types of borders: straight and circular, and here we will see some modifications to the so called Klein paradox (absence of backscattering), as well as a shift (along the border) in the reected beams, a phenomenon known as Goos-Hänchen shift, although with odd properties. For the problem of localized states between two irradiated regions, we will see that they only exist with quasi-energies inside the gap induced by the radiation and that there is a net quirality only when the radiation fields of the two regions have opposite helicity. These properties are explained using the topological properties of the system. 2015-12 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/522/1/1Huaman_Gutierrez.pdf es Huaman Gutiérrez, Angiolo M. (2015) Dispersión de floquet de fermiones de dirac sin masa: el caso del grafeno. / Floquet scattering of massless dirac fermions: the case of graphene. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/522/

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