Fracionalização de elétrons em isolantes topológicos tridimensionais

A fracionalização de carga elétrica é um dos fenômenos emergentes mais intrigantes da física da matéria condensada, desafiando a noção de que a carga elétrica deva ocorrer apenas em múltiplos inteiros da carga do elétron. O conceito de carga fracionária surgiu na teoria quântica de campos, quando Jackiw e Rebbi mostraram que a equação de Dirac em espaço-tempo (1+1)-dimensional admite um modo zero quando o termo de massa sustenta uma única parede de domínio. Eles também mostraram que, ao realizar a segunda quantização da equação de Dirac na presença desse modo zero, o espectro do operador de carga fermiônica de muitas partículas é deslocado em 1/2 em relação ao espectro do operador de carga fermiônica de muitas partículas para um termo de massa constante. Esse resultado fundamentou a compreensão do fenômeno em sistemas de matéria condensada unidimensionais, como o poliacetileno descrito pelo modelo de Su-Schrieffer-Heeger (SSH), e motivou extensões a sistemas bidimensionais, como o modelo de Hou- Chamon-Mudry (HCM) para o grafeno com distorção de Kekulé. Este trabalho investiga a possibilidade de realizar mecanismos análogos de fracionalização de carga em isolantes topológicos tridimensionais (ITs 3D), materiais cuja superfície é descrita por férmions de Dirac sem massa protegidos pela simetria de reversão temporal. Partindo da revisão de conceitos fundamentais de física da matéria condensada e teoria quântica de campos, o estudo adapta elementos de modelos efetivos consolidados em 1D e 2D para o contexto destes materiais. São discutidos modelos de Hamiltonianos efetivos contínuos para estados de superfície de ITs 3D, a influência de campos escalares complexos na abertura de gap e a introdução de vórtices como potenciais nucleadores de estados ligados. Os resultados obtidos contribuem para identificar critérios teóricos que viabilizam a fracionalização de carga em ITs 3D e, além de aprofundar a compreensão fundamental do fenômeno, este estudo fornece subsídios para futuras investigações sobre possíveis realizações experimentais, especialmente a partir de heteroestruturas que combinem ITs 3D e supercondutores convencionais. Palavras-chave: fracionalização de carga; isolantes topológicos tridimensionais; modelo de Jackiw-Rebbi; modelo SSH

Grantor dc:publisher

Universidade Federal de Viçosa

Year dc:date.issued

2025

Author dc:creator

• Machado, Ricardo Júnior

Advisor dc:contributor.advisor

• Fonseca, Jakson Miranda

• Teoria quântica de campos
• Matéria condensada
• Carga e distribuição elétrica
• Equações de Dirac
• Fermions

Statement dc:rights

• Acesso Aberto

Language dc:language.iso

por

DOI

https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2025.773

OAI identifier oai:identifier

oai:locus.ufv.br:123456789/35026