Efeito Aharonov-Bohm em partículas neutras

In classical Physics, the motion of an electrically charged particle is affected only by the presence of a magnetic field if the particle enters a region of space in which the field is present. Meanwhile, in quantum Physics, a charged carrier can be affected by the electromagnetic vector potential ~A, even in regions where the magnetic field ~B is not present. This surprising contrast between classical and quantum Physics has been experimentally proven in several beautiful experiments in semiconducting, metallic and superconducting material systems, and has been called Aharonov-Bohm effect. More recently, however, several theoretical works have discussed the plausible existence of this effect even for neutral particles! In this PhD Thesis project it is shown the first clear experimental observation of the Aharonov-Bohm effect in neutral excitons in InAs quantum rings. Signatures of this effect appear as oscillations in the intensity of the photoluminescence emission bands with increasing magnetic fields and also depending on the dimensions of the quantum rings. These oscillations are affected by the uniaxial strain field due to the piezoelectricity of the asymmetric InAs rings, as revealed by the atomic force microscopy, transmission electron microscopy images and X-Ray Diffraction measurements using synchrotron light. A theoretical model that describes the behavior of the excitonic interference pattern and its modulation with temperature and uniaxial electric fields has been used for the interpretation of the experimental data. The detection of AB oscillations mediated by electron-hole pair correlation is a fundamental quantum mechanical effect that will trigger further studies in this area of fundamental physics as well as technological applications.Universidade Federal de Sao CarlosEm Física clássica, o movimento de uma partícula carregada só é afetado pela presença de um campo magnético se a partícula entrar em uma região do espaço na qual o campo está presente. Ao mesmo tempo, em Física quântica, a partícula contendo carga elétrica pode ser afetada por um potencial eletromagnético ~ A, mesmo em regiões onde o campo magnético ~B é zero. Esse contraste surpreendente entre Física clássica e Física quântica tem sido provado em interessantes experimentos em materiais semicondutores, metais e supercondutores, e tendo sido denominado efeito Aharonov-Bohm. Mais recentemente, entretanto, muitos trabalhos teóricos têm discutido a plausibilidade da existência desse efeito mesmo para partículas neutras! Nessa tese de Doutorado será demonstrado pela primeira vez a observação experimental do efeito Aharonov-Bohm em éxcitons neutros contidos em anéis quânticos de InAs. Assinaturas desse efeito aparecem como oscilações na intensidade integrada das bandas de emissão em experimentos de fotoluminescência com o aumento do campo magnético e dependem também das dimensões dos anéis. Essas oscilações são afetadas pelos campos de compressão/expansão uniaxial devido a piezoeletricidade provinda da assimetria dos anéis, como revelado pelas imagens de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X utilizando luz síncrotron. Um modelo teórico que descreve o comportamento no padrão de interferência excitônico e sua modulação com a temperatura e campos elétricos uniaxiais foi usado para a interpretação dos resultados experimentais. A detecção das oscilações Aharonov-Bohm mediada pela correlação do par elétron-buraco é um efeito fundamental de mecânica quântica e os estudos mostrados aqui poderão não só instigar outras investigações em Física fundamental assim como em aplicações tecnológicas