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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Isolantes Triviais e Topológicos
Author: Silva, Fernanda Ribeiro
First Advisor: Schmidt, Tomé Mauro
First member of the Committee: Sanz, Liliana De La Torre
Second member of the Committee: Boselli, Marco Aurélio
Third member of the Committee: Iwamoto, Wellington Akira
Summary: Os isolantes Topológicos (IT), formam uma nova fase quântica da matéria. Estes materiais ao serem colocados em contato com um isolante trivial, como o vácuo, nas superfícies (no caso tridimensional(3D)) ou nas bordas (no caso bidimensional(2D)) surgem estados metá- licos que possuem um único ou um número ímpar de cruzamentos entre a banda de condução e a banda de valência dando origem a cones de Dirac, assim como o grafeno. O forte acoplamento spin-órbita gera uma inversão da simetria dos estados do fundo da banda de condução com os estados do topo da banda de valência levando ao surgimento de uma fase topológica. Esse tipo de material possui um grande potencial para aplicação em dispositivos de alta velocidade, uma vez que devido as dispersões lineares dos estados de condução podem apresentar uma alta mobilidade. Esses estados obedecem a equação de Dirac, posuindo massa nula, são protegidos de espalhamento, não podendo ser destruídos caso sofram alterações de forma contínua e infi- nitesimal. Tais propriedades são muito desejadas para aplicações tecnológicas. O objetivo do desenvolvimento deste trabalho é investigar o efeito da interação spin-órbita sobre a estrutura de bandas de dois materiais, o silício bulk e da folha de bismuto. Como previsto pela teoria, ao colocarmos um material com topologia trivial em contato com um material com topologia não-trivial, estados de borda topologicamente protegidos pela simetria do sistema e que não apresentam dissipação de energia, irão surgir. Com a finalidade de observar o aparecimento desses estados, construíremos uma nanofita, que é um sistema confinado, cuja interface é com- posta por um material de topologia trivial e um com topologia não-trivial, e faremos a análise da sua estrutura de bandas e do efeito do acoplamento spin-órbita sobre a mesma. E também, verificaremos o efeito da largura dessa nanofita sobre os seus estados de borda. Nos nossos resultados verificamos que conforme previsto pela teoria, o silício bulk é um sistema com topologia trivial, enquanto a folha de bismuto possui uma topologia não-trivial. E a par- tir da construção das nanofitas da folha de bismuto foi possível observar os estados de borda previstos pela teoria.
Abstract: The topological insulators (TI), form a new quantum phase of matter. These mate- rials when being placed in contact with a trivial insulator, like vacuum, on the surfaces (three dimesional (3D)) or on the edges (two dimensional (2D)), emerge metallic states that have a single or a odd number of crossing between the cunductions bands e and valence band, giving rise to Dirac cones, as well as graphene. The strong spin-orbit coupling generates an inversion of symmetry of the band bottom states of the conduction band with the band top states of the valence band, leading the emergence of a topological phase. This kind of material has great potential for application in high speed devices, since due to the linear dispersions of the conduction states can present a high mobility. This states obey the Dirac equation, having null mass, were protect of scattering, and can be not destroyed if they undego continius and infinitesimal changes. Such properties are highly desired for technological applications. The objective of the development of this work is to investigate the effect of spin-orbit interaction on the structure of bands of two materials, the bulk silicon and the bismuth layer. As predicted by theory, when we put a material with trivial topology in contact with a material with non-trivial topology, edge states topologically protected by the symmetry of the system and which do not exhibit energy dissipation, will arise. In order to observe the appearance of these states, we will construct a nanoribbon, which is a confined system, whose interface is composed of a trivial topology material and one with a non-trivial topology, and we will analyze its band structure and of the effect of the spin-orbit coupling on it. Also, we will verify the effect of the width of this nanoribbon on its edge states. In our results we verified that, as predicted by the theory, textit bulk is a system with trivial topology, while the bismuth sheet has a non-trivial topology. And from the construction of the nanoribbon of the bismuth sheet it was possible to observe the edge states provided by theory.
Keywords: Isolantes Topológicos
Topological Insulators
Isolantes
Insulators
Bismuto
Bismuth
Silício Bulk
Silicon Bulk
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: SILVA, Fernanda Ribeiro. Isolantes Triviais e Topológicos. 2018. 36f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física de Materiais) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22055
Date of defense: 12-Jul-2018
Appears in Collections:TCC - Física de Materiais

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