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Tipo: Dissertação
Título: Dinâmica de Férmions em superfícies de revolução sob torção
Autor(es): Melo, Gabriel Delgado
Orientador: Silva, José Euclides Gomes da
Palavras-chave em português: Mecânica Quântica;Torção;Superfícies curvas;Tensor de deformação;Estados ligados
Palavras-chave em inglês: Quantum mechanics;Curved surfaces;Strain tensor;Torsion;Bound states
Data do documento: 2026
Citação: MELO, Gabriel Delgado. Dinâmica de Férmions em superfícies de revolução sob torção. 2026. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Geometrias de revolução torcidas constituem modelos teóricos fundamentais para o estudo de nanoestruturas, heteroestruturas e dispositivos quânticos curvos. Neste trabalho, investigamos o comportamento quântico de férmions confinados em superfícies de revolução submetidas a torção. O problema é abordado no limite do contínuo sob duas perspectivas distintas: via formalismo de da Costa (equação de Schrödinger em espaço curvo), com foco em geometrias cilíndricas; e no regime relativístico, via equação de Dirac em superfícies curvas, aplicável a materiais como o grafeno. Inicialmente, calculamos o tensor de deformação para obter a métrica induzida e, subsequentemente, derivamos o potencial quântico geométrico através do formalismo de da Costa. Demonstra-se que, tanto para torções lineares quanto não lineares, a geometria induz uma fase geométrica na função de onda, enquanto o potencial de da Costa permanece invariante. Consequentemente, o sistema admite estados ligados se o cilindro for finito, cujo espectro de energia independe do parâmetro de torção. A análise estende-se a problemas de espalhamento em cilindros infinitos, revelando que a probabilidade de transmissão é insensível à torção, sendo, contudo, fortemente modulada pelo momento angular da partícula e pelo raio do cilindro. Na abordagem relativística, desenvolvemos a equação de Dirac para o cilindro torcido e para objetos de raio variável axialmente simétricos, obtendo uma equação geral para a dinâmica das componentes do pseudoespinor em (2+1)D. Para o caso do cilindro com raio constante, confirma-se que o efeito da torção se manifesta novamente através de uma fase geométrica. Esta fase também aparece em superfícies de raio variável R(z); porém nestes casos a influência da torção pode se manifestar de outras formas dependendo da geometria. Estes resultados sugerem implicações relevantes para a engenharia de dispositivos quânticos baseados em materiais com curvatura e torção controladas.
Abstract: Twisted surfaces of revolution constitute fundamental theoretical models for the study of nanos tructures, heterostructures, and curved quantum devices. In this work, we investigate the quantum behavior of fermions confined to surfaces of revolution subjected to torsion. The problem is addressed in the continuum limit from two distinct perspectives: via the da Costa formalism (Schrödinger equation in curved space), focusing on cylindrical geometries; and in the relativistic regime, via the Dirac equation on curved surfaces, applicable to materials such as graphene. Initially, we calculate the strain tensor to obtain the induced metric and subsequently derive the geometric quantum potential through the da Costa formalism. We demonstrate that, for both linear and non-linear torsions, the geometry induces a geometric phase in the wavefunction, while the da Costa potential remains invariant. Consequently, the system admits bound states if the cylinder is finite, whose energy spectrum is independent of the torsion parameter. The analysis extends to scattering problems in infinite cylinders, revealing that the transmission probability is insensitive to torsion, yet strongly modulated by the particle’s angular momentum and the cylinder radius. In the relativistic approach, we develop the Dirac equation for the twisted cylinder and for axially symmetric variable-radius objects, obtaining a general equation for the dynamics of the pseudospinor components in (2+1)D. For the constant-radius cylinder case, we confirm that the torsion effect manifests again through a geometric phase. This phase also appears in surfaces with variable radius R(z); however, in these cases, the influence of torsion may manifest in other ways depending on the specific geometry. These results suggest relevant implications for the engineering of quantum devices based on materials with controlled curvature and torsion.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85058
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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