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Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade (2011)

  • Authors:
  • Autor USP: FERREIRA JÚNIOR, GERSON - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FFI
  • Subjects: EFEITO HALL; FERROMAGNETISMO; SPINTRÔNICA
  • Language: Português
  • Abstract: O efeito Hall quântico surge em gases de elétrons bidimensionais (2DEG) na presença de altos campos magnéticos B. O campo magnético quantiza o movimento planar dos elétrons em órbitas ciclotrônicas caracterizadas pelos níveis de Landau. Neste regime a resistividade transversal (ou Hall) ρxy em função de B exibe platôs em submúltiplos inteiros de e2/h, i.e., ρxy = ν-1 e2/h, sendo ν o fator de preenchimento dos níveis de Landau. Por sua vez, a resistividade longitudinal ρxx apresenta picos nas transições entre platôs de ρxy. Em primeira instância, ρxx é uma medida indireta da densidade de estados no nível de Fermi g(εF), e os picos dos mesmos indicam cruzamentos do nível de Fermi εF com niveis de Landau. Assim, o diagrama de densidade de elétrons n2D e B dos picos de ρxx ~ g(εF) fornece um mapa topológico da estrutura eletrônica do sistema. Em sistemas de duas subbandas, ρxx(n2D, B) exibe estruturas em forma de anel devido a cruzamentos de níveis de Landau de subbandas distintas [experimentos do grupo do Prof. Jiang (UCLA)]. Estes cruzamentos podem ainda levar a instabilidades ferromagnéticas. Investigamos estas instabilidades usando a teoria do funcional da densidade (DFT) para o cálculo da estrutura eletrônica, e o modelo de Ando (formalismo de Kubo) para o cálculo de ρxx e ρxy. Para temperaturas mais altas (340 mK) obtemos as estruturas em forma de anel em ρxx. Para temperaturas mais baixas (70 mK), observamos uma quebra dos anéis devido a transições de fase ferromagnéticas. Variando-se o ângulo θ de B com relação ao 2DEG observa-se o encolhimento do anel. Nossos resultados mostram que o ângulo de colapso total do anel depende de uma competição entre o termo de troca da interação de Coulomb (princípio de Pauli) e cruzamentos evitados devido ao ângulo θ finito. As transições de fase exibem ainda o fenômenode histerese. Na região de instabilidade ferromagnética obtemos diferentes soluções variando B de forma crescente ou decrescente. Estas soluções possuem energias total diferentes, de forma que representam estados fundamental e excitado de muitos corpos. Esta observação, juntamente com resultados anteriores do grupo [Freire & Egues (2007)], representam as primeiras realizações teóricas da previsão da possibilidade de estados excitados como mínimos locais do funcional de energia do estado fundamental [Perdew & Levy (1985)]. O modelo aqui proposto fornece excelente acordo com os experimentos considerados. Adicionalmente, a observação sistemática e experimentalmente verificada dos estados excitados valida as previsões de Perdew & Levy. Aplicamos ainda estas mesmas ideias no cálculo da estrutura eletrônica e condutância de fios quânticos na presença de campos magnéticos, mostrando que cruzamentos de modos transversais também exibem instabilidades ferromagnéticas observadas em experimentos recentes [Dissertação de Mestrado de Filipe Sammarco, IFSC/USP], fortalecendo a validade do modelo apresentado nesta tese
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 21.06.2011
  • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      FERREIRA JUNIOR, Gerson; EGUES, José Carlos. Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade. 2011.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2011. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-31082011-100156/pt-br.php >.
    • APA

      Ferreira Junior, G., & Egues, J. C. (2011). Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-31082011-100156/pt-br.php
    • NLM

      Ferreira Junior G, Egues JC. Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade [Internet]. 2011 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-31082011-100156/pt-br.php
    • Vancouver

      Ferreira Junior G, Egues JC. Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade [Internet]. 2011 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-31082011-100156/pt-br.php

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