Lucignano, Procolo (2005) Coherent manipulation of mesoscopic devices. [Tesi di dottorato] (Unpublished)

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The manipulation of quantum states of solid state coherent devices is the central goal of this thesis. The problems studied concern both the superconductors and the semiconductors physics. They are reported in three chapters; each chapter has its own appendixes, a bibliography, and a detailed discussion in the end, so that the reader could read whatever chapter independently of the others. In what follows I briefly summarize the topics developed in this work describing them as they appear in the three chapters. In chapter one I study the physics of 2D semiconductors quantum dots in the presence of the Rashba spin orbit coupling. I focus on the fully spin polarized state of the dot which presents a ferromagnetic ground state and a spin wave skyrme-like excitation first excited state as like as in the the Quantum Hall disk case. Most of the results are obtained performing a numerical Lanczos diagonalization for the interacting electrons system. In the second chapter I study some effects related with the geometric phases emerging during an adiabatic manipulation of the dot or in the case of electronic transport in multiply connected devices by using a Feynman path integral approach. In the last chapter I study the quantum manipulation of the order parameter's phase of a low critical temperature Josephson junction by using a non equilibrium Keldysh Green's function theory. L'obiettivo principale di questa tesi è la manipolazione degli stati quantistici di dispositivi coerenti a stato solido. I problemi analizzati riguardano sia la la fisica dei semiconduttori che quella dei superconduttori. Essi sono esposti in tre capitoli ognuno dei quali è corredato da appendici, una bibliografia e conclusioni finali in modo da poter essere letto indipendentemente dagli altri. Nel seguito illustro gli argomenti trattati nei tre capitoli. Nel primo capitolo è discussa la fisica dei quantum dot 2D a semiconduttore in presenza dell'accoppiamento spin orbita di Rashba. In particolare studia il dot in regime fully spin polarized, quando, cioè, lo stato fondamentale è totalmente spin polarizzato ed il primo stato eccitato è una eccitazione spin wave skyrme-like, come accade nel caso del Quantu Hall disk a filling intero. In questo capitolo si fa largo uso di una tecnica numerica di diagonalizzazione Lanczos per l'Hamiltoniana del sistema elettronico interagente. Nel secondo capitolo studiamo effetti legati alle fasi geometriche che emergono nel caso di maipolazioni adiabatiche del dot o nel trasporto attraverso strutture mesoscopiche con geometrie non semplicemente connesse mediante un formalismo di integrali di Feynman. Nel terzo capitolo si tratta la manipolazione quantistica della fase del parametro d'ordine superconduttivo di una giunzione Josephson a bassa temperatura critica mediante un formalismo di funzioni de Green di Keldysh di non equilibrio.

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