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Type: TESE DIGITAL
Title: Many-body systems : heavy rare-gases adsorbed on graphene substrates and ultracold Fermi gases
Title Alternative: Sistemas de muitos corpos : gases nobres pesados adsorvidos em substratos de grafeno e gases de Fermi ultrafrios
Author: Madeira, Lucas, 1991-
Advisor: Vitiello, Silvio Antonio Sachetto, 1950-
Abstract: Resumo: Nessa dissertação nós investigamos dois sistemas de muitos corpos. Na primeira parte nós escolhemos uma abordagem clássica para estudar a adsorção de gases nobres pesados, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn, em substratos de grafeno. Nós apresentamos evidências de camadas adsorvidas comensuradas, as quais dependem fortemente da simetria do substrato, para duas estruturas: camadas de Ne na rede sqrt{7} X sqrt{7} e Kr na rede sqrt{3} X sqrt{3}. Para estudar o derretimento nós introduzimos um parâmetro de ordem e sua susceptibilidade. O calor específico e a susceptibilidade em função da temperatura foram calculados para os gases nobres pesados em diversas densidades. A posição e largura característica dos picos do calor específico e da susceptibilidade foram determinadas. Finalmente, nós investigamos a distância dos primeiros vizinhos e a distância entre a camada e o substrato, identificando contribuições relacionadas aos picos do calor específico e da susceptibilidade. A segunda parte da dissertação trata de uma linha de vórtice no gás unitário de Fermi. Gases fermiônicos ultrafrios são notáveis devido à possibilidade experimental de variar as interações interpartículas através de ressonâncias de Feshbach, o que possibilita a observação do crossover BCS-BEC. No meio do crossover encontra-se um estado fortemente interagente, o gás unitário de Fermi. Uma linha de vórtice corresponde a uma excitação desse sistema com unidades de circulação quantizadas. Nós construímos funções de onda, inspiradas na função BCS, para descrever o estado fundamental e também o sistema com uma linha de vórtice. Nossos resultados para o estado fundamental elucidam aspectos da geometria cilíndrica do problema. O perfil de densidade é constante no centro do cilindro e vai a zero suavemente na borda. Nós separamos a contribuição devido à parede da energia do estado fundamental e determinamos a energia por partícula do bulk, epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG}. Nós também calculamos o gap superfluído para essa geometria, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. Para o sistema com a linha de vórtice nós obtivemos o perfil de densidade, o qual corresponde a uma densidade não nula no centro do vórtice, e a energia de excitação por partícula, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG}. Os métodos empregados nessa dissertação, Dinâmica Molecular, Monte Carlo Variacional e Monte Carlo de Difusão, nos dão uma base sólida para a investigação de sistemas relacionados, e outros sistemas, de muitos corpos no futuro

Abstract: In this dissertation we investigated two many-body systems. For the first part we chose a classical approach to study the adsorption of heavy rare-gases, Ne, Ar, Kr, Xe and Rn, on graphene substrates. We presented evidences of commensurate adlayers, which depend strongly on the symmetry of the substrate, for two structures: Ne adlayers in the sqrt{7} X sqrt{7} superlattice and Kr in the sqrt{3} X sqrt{3} lattice. In order to study the melting of the system we introduced an order parameter, and its susceptibility. The specific heat and susceptibility as a function of the temperature were calculated for the heavy noble gases at various densities. The position and characteristic width of the specific heat and susceptibility peaks of these systems were determined. Finally, we investigated the first neighbor distance and the distance between the adlayer and the substrate, identifying contributions related to specific heat and melting peaks. The second part of the dissertation deals with a vortex line in the unitary Fermi gas. Ultracold Fermi gases are remarkable due to the experimental possibility to tune interparticle interactions through Feshbach resonances, which allows the observation of the BCS-BEC crossover. Right in the middle of the crossover lies a strongly interacting state, the unitary Fermi gas. A vortex line corresponds to an excitation of this system with quantized units of circulation. We developed wavefunctions, inspired by the BCS wavefunction, to describe the ground state and also for a system with a vortex line. Our results for the ground state elucidate aspects of the cylindrical geometry of the problem. The density profile is flat in the center of the cylinder and vanishes smoothly at the wall. We were able to separate from the ground state of the system the wall contribution and we have determined the bulk energy as epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG} per particle. We also calculated the superfluid pairing gap for this geometry, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. For the system with a vortex line we obtained the density profile, which corresponds to a non-zero density at the core, and the excitation energy, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG} per particle. The methods employed in this dissertation, Molecular Dynamics, Variational Monte Carlo and Diffusion Monte Carlo, give us a solid basis for the investigation of related and other many-body systems in the future
Subject: Adsorção
Grafeno
Férmions
Vórtices
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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