Física da Matéria Condensada II.1 Teoria da Matéria Condensada

Autoria

Prof. Dr. Humberto Siqueira Brandi

Descrição

A seguir descrevo as linhas de pesquisa que venho trabalhando recentemente, e que, pretendo continuar a desenvolver no Instituto de Física da UFRJ. Devo também mencionar que vejo com interesse as perspectivas que se abrem em termos de futura colaboração com membros deste departamento, em temas tais como absorção multifotonica em sólidos, estrutura eletrônica de sólidos, colisões atomicas etc... . Tenho mantido uma colaboração permanente no último ano com o prof. Luis Oliveira da UNICAMP e Andréa Latgé da UFF, e estou iniciando um convenio de intercâmbio além do grupo dos profs. Melquiades de Dios-Leyva e Carlos Rodriguez, da Universidade de Havana

I-Interação Laser-Plasma: Geração de Harmônicos

Essa linha de trabalho será desenvolvida em colaboração com P. A. Maia Neto e E. S. Guerra. A possibilidade de se utilizar os harmonicos gerados coerentemente pela interação de um laser intenso com plasmas, motivou um grande número de trabalhos teóricos e experimentais nos últimos anos. A tecnologia de lasers baseados na amplificação de pulsos por dilatação em frequência e compreesão temporal, desenvolvida nesta década, tornou possivel a produção de lasers compactos, com potências de terawatts, que após focalizados atingem intensidades superiores a 10¹⁸ W/cm². Nesta situação os elétrons são fracamente relativísticos e harmônicos do laser incidente são emitidos.

O tratamento teórico deste problema implica na solução de equações diferenciais nãolineares, acopladas representadas pelas equações hidrodinâmicas relativísticas para um fluido frio de elétrons. Estas são a equação relativística do momentum, a equação de contínuidade e a equação de onda. O tratamento exato deste problema é ainda impráticavel mesmo com os sofisticados códogos computacionais desenvolvidos recentemente. No entanto o problema pode ser grademente simplificado seconsiderarmos o caso em que o plasma é muito subdenso, d = wp / w << 1, onde wp é a frequência do plasma e w a do laser. Nessa situação desenvolvemos um esquema teórico ( Phys. Rev E 47, 3780 (1993), Laser Phys. 3, 405 (1993), Phys. of Plasmas ) a partir do qual todas as quantidades físicas relevantes são expandidas em ter18mos desse parâmetro (d ) e soluções analíticas podem ser encontradas, na aproximação paraxial.

1. Pretendemos estudar a geração de harmônicos de todas as ordens utilizando um esquema não perturbativo, baseado na aproximação quasi-estática para a densidade eletrônica, que mostramos ser válida para a situação de auto-focalização relativística. O conhecimento da dependência da potência emitida pelos harmônicos de diversas ordens, na intensidade do laser e na densidade eletrônica, pode ser utilizado para uma caracterização não ambígua do efeito de auto-focalização relatívistica.
2. Pretendemos estudar a possibilidade de contornarmos o problema do descasamento das fases do laser incidente e do terceiro harmonico gerado em um plasma subdenso, através da modulação da densidade eletrônicado plasma por uma onda periódica

Referências:

1. "Third Harmonic Generation via Laser-Plasma Ineraction: Beyond the Low Density Approximation", H.S. Brandi and P.A. Maia Neto - J. Mod. Optics, 45, 571 (1998)

II- Processos não Lineares em Poços e Fios Quânticos

Essa linha de trabalho será desenvolvida em colaboração com L.E.Oliveira da UNICAMP e Andréa Latgé da UFF. Há alguns meses iniciamos o estudo da interação de lasers intensos com poços e fios quânticos. Utilizamos o tratamento não perturbativo baseado no método das bandas vestidas de Jalbert et al. (J. Phys.C 19, 5745 (1986)) anteriormente aplicados ao estudo da interação de lasers intensos com átomos e cristais, para estudar os níveis eletrônicos de impurezas rasas em heteroestruturas semicondutoras. Desenvolvemos um formalismo que permite introduzir os efeitos do campo de laser através da renormalização da massa efetiva do semicondutor, e portanto estender as técnicas teóricas utilizadas anteriromente para estudar os efeitos não perturbativos da interação laser-impureza.

Pretendemos também extender o modelo simplificado de duas bandas utilizado inicialmente para incluir efeitos da interação spin-óbita, adotando uma descrição mais realística para as propriedades eletrônicas de semicondutores de gap direto.

Referências:

2. "Laser- Dressed Band Approach to shallow- Impurity Levels of Semiconductors Hetrero Structures", H.S. Brandi, A. Latgé and L.E. Oliveira- Sol. St. Comm. 107,31 (1998)

III- Caos Induzido por Laser em Cristais

Essa linha de trabalho será desenvolvida em colaboração com Belita Koiller (UFRJ), E. Mucciolo (PUC-RIO) e Marcus Aguiar (UNICAMP). Recentemente Mucciolo et al. (Phys. Rev. B50, 8245 (1994)) estabeleceram que o espectro eletrônico de sólidos cristalinos apresenta assinaturas de comportamento caótico quântico, para bandas em uma região de energias muito acima do nível de Fermi, o que torna qualquer observação experimental extremamente dificil. Utilizamos o formalismo de bandas vestidas, Jalbert et al. (J. Phys.C 19, 5745 (1986)), e os resultados da teoria de matrizes aleatórias, para mostrar que elétrons em presença de um potencial periódico e de um laser espacialmente homogêneo e monocromático, exibem comportamento caótico quântico, para regiões de energias próximas do nível de Fermi. Acreditamos que esse mecanismo aumenta as possibilidades de observações experimentais de caos quântico em cristais. O modelo clássico foi desenvolvido e confirma as predições da teoria da matriz aleatória em relacão a existencia de um movimento que é regular para campo do laser nulo e muito grande(infinito), passando pelo regime caótico para valores moderados da intensiodade do laser. Esse sistema parece ser o primeiro em que variando-se um único paramêtro externo(a intensidade do laser) passa-se de um regime regular, para um regime caótico e retorna-se ao regime regular.

Pretendemos continuar estudando este sistema, em particular as suas propriedades como função da frequência do laser, bem como tunelamento assistido por laser.

Referências:

3. Laser- Induced Quantum Chaos in 1-D Crystals"H.S. Brandi, B. Koiller and E.R.Mucciolo- Laser Phys. 7, 481-485. 1997
4. Chaos in Semiconductors Heterostructures under a Laser Field", M.A.M. Aguiar, H.S. Brandi, B. Koiller and E.R.Mucciolo-Eur. Phys. Jour., (submetido)

T.M.C. - 3a linha

T.M.C. - 5a linha