Orientador: Amir Ordacgi Caldeira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Uma generalização da teoria de tunelamento quântico macroscópico é obtida visando descrever o decaimento de sistemas com mais de um grau de liberdade aprisionados em estados meta-estáveis. Inicialmente nós estudamos um dc SQUID controlado por uma corrente externa, que constitui um sistema...

Resumo: Uma generalização da teoria de tunelamento quântico macroscópico é obtida visando descrever o decaimento de sistemas com mais de um grau de liberdade aprisionados em estados meta-estáveis. Inicialmente nós estudamos um dc SQUID controlado por uma corrente externa, que constitui um sistema com dois graus de liberdade quânticos interagentes acoplados ao meio que os cerca. A probabilidade de decaimento é obtida na aproximação exponencial para o caso super-amortecido. Próximo à força crítica do sistema, o decaimento do estado meta-estável é determinado por uma única solução instanton descrevendo o decaimento simétrico das fases em cada uma das duas junções Josephson. Mediante redução da força externa, um novo regime é atingido onde o instanton se separa. Um diagrama de fase em termos de temperatura e corrente é construído baseado na teoria de Landau de transições de fase. Dependendo dos parâmetros externos o sistema desenvolve uma transição de fase de primeira ou de segunda ordem para o regime de separação do instanton. Além disso, a teoria de uma corda elástica aprisionada num estado meta-estável é desenvolvida visando estudar o salto quântico de uma linha de fluxo intrinsecamente aprisionada num supercondutor em camadas. A temperatura de cruzamento separando os regimes térmico e quântico é determinada incluindo as dinâmicas massiva, dissipativa e Hall. Os cálculos são efetuados para o caso específico de um potencial periódico ligeiramente inclinado (pequena força externa) quando a aproximação de paredes finas pode ser aplicada. A taxa de decaimento é obtida nos limites não amortecido, super-amortecido e Hall: para sistemas não amortecidos e super-amortecidos, uma convencional saturação é encontrada a baixas temperaturas, enquanto que para sistemas governados por uma dinâmica puramente Hall, a taxa se anula segundo uma lei de Arrhenius com um energia de ativação reduzida devido aos efeitos quânticos. Finalmente, a teoria é generalizada visando descrever o decaimento de uma variedade elástica N-dimensional, e assim o salto de um feixe de vórtices planar (2D) e volumétrico (3D) é discutido

Abstract: The theory of macroscopic quantum tunneling is generalized in order to describe the relaxation from metastable states of systems with more than one degree of freedom. Initially we study a current biased dc SQUID which constitutes a system of two interacting quantum degrees of freedom...

Abstract: The theory of macroscopic quantum tunneling is generalized in order to describe the relaxation from metastable states of systems with more than one degree of freedom. Initially we study a current biased dc SQUID which constitutes a system of two interacting quantum degrees of freedom coupled to the environment. The decay probability is obtained in the exponential approximation for the overdamped case. Close to the critical driving force of the system the decay of the metastable state is determined by a unique instanton solution describing the symmetric decay of the phases in each of the two Josephson junctions. Upon reducing the external driving force a new regime is reached where the instanton splits. The doubling of the decay channels reduces the decreasing of the decay rate in the quantum regime. A current-temperature phase diagram is constructed based on the Landau theory of phase-transitions. Depending on the external parameters the system develops either a first-or a second-order transition to the split-instanton regime. Furthermore, the theory of an elastic string trapped in a metastable state is developed in order to study the quantum creep of a single vortex-line intrinsically pinned in a layered superconductor. The crossover temperature separating thermal and quantum regimes is determined including Hall, massive and dissipative dynamics. The calculations are performed for the specific case of a slightly tilted periodic potential (small driving force) when the thin wall approximation can be applied. The decay rate is obtained in the undamped, overdamped and pure Hall limits: for undamped and overdamped systems the conventional saturation is found at low temperatures, whereas for pure Hall systems the rate vanishes following an Arrhenius law with a quantum-reduced activation energy. Finally, the classical and quantum creep of a vortex-bundle is considered within the framework of continuum elastic theory. The generalization for the decay of a N¿dimensional elastic manifold out of the metastable state is obtained, and the creep of a 2D and 3D vortex-bundles is discussed