Nós de Weyl e arcos de Fermi em semimetais

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Alves, João Victor Ferreira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: aproximação tight-binding; arcos de Fermi; computational Physics; electronic transport.; Fermi arcs; Física computacional; semimetais topológicos; tight-binding approximation; topological semimetals; transporte eletrônico
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21082024-110046/

O objetivo desse trabalho é apresentar um estudo de propriedades básicas de um semimetal de Weyl em 3D e sua dependência com os parâmetros do sistema. Nossa ideia é estudar um Hamiltoniano de um modelo mínimo conhecido [1] em uma formulação no espaço real (através do método tight-binding), que permite o confinamento do sistema e o estudo de arcos de Fermi em superfícies. Primeiramente, fazemos um estudo detalhado das propriedades que dão suporte teórico para a existência desse tipo de material, fazendo a conexão entre uma descrição de um Hamiltoniano mínimo a partir da equação de Dirac e cruzamentos de bandas topológicos em materiais reais. Esse estudo passa por uma descrição precisa de grandezas físicas presentes em férmions de Weyl e seus análogos na matéria condensada, os nós quirais no espaço recíproco. Além disso, definimos precisamente como a topologia e as simetrias afetam esse tipo de estrutura na matéria condensada. À vista destes resultados, desenvolvemos códigos para cálculo das propriedades do modelo. Trata-se de um modelo mais geral para semimetais de Dirac, porém com quebra de simetria de reversão temporal, um ingrediente necessário (essa ou a quebra de simetria de inversão) para a construção de semimetais de Weyl. Com isso, calculamos dispersões de energia e propriedades topológicas, de modo a verificar aspectos básicos esperados nessa classe de material. Também desenvolvemos uma descrição discreta para nosso modelo e, a partir da transformada de Fourier, podemos interpretar como um modelo de interação entre sítios. Finalmente, consideramos efeitos de confinamento no modelo. Utilizamos o pacote KWANT [2], que calcula observáveis físicos a partir de uma formulação em tight-binding de Hamiltonianos. Com isso calculamos propriedades tais como função de onda nas superfícies, condutividade, densidade de estados e condutância. Os resultados mostram bons valores para confinamento na direção z, onde conseguimos visualizar propriedades associadas aos estados se superfície e confirmar o atributo de conexão dos arcos de Fermi. Já para confinamento nas três direções, não conseguimos ver propriedades associadas aos estados se superfície e visualizamos gaps persistentes na condutância e na condutividade do sistema.