Kinetic instabilities in bidimensional Dirac materials

A plasmónica em materias bidimensionais revelou-se uma área de estudo ativa, e estes sistemas mostram potencial para serem usados como futuros dispositivos optoelétricos para um grande número de aplicações de alta frequência.
Apesar do modelo hidrodinâmico estar bem estudado na literatura, para ir além do regime de alto comprimento de onda e equilíbrio local, um modelo cinético é utilizado. De forma a incluír correções quânticas importantes à dinâmica das partículas condutoras, este modelo é derivado a partir da equação de Schrödinger, através da função de quasiprobabilidade de Wigner em campo médio.

Um código de simulação numérica é desenvolvido, com capacidade para simular sistemas cinéticos com larga generalidade, incluindo os efeitos de estatística quântica, estrutura de bandas de diferentes materiais, bem como interações inter-partículas arbitrárias. Este código é paralelizado para uso em simulações de grande escala com alto desempenho.

Usando este modelo com aproximações apropriadas como ponto de partida, bem como as simulações para estudar fenómenos não lineares, várias ondas e instabilidades são descritas. No caso de campos estáticos, a frequência e tempo de vida de plasmões é derivado, e o comportamento da instabilidade de fluxo duplo em duas dimensões, que leva a uma resistividade anómala sem colisões, é encontrado.

Descrevemos também o não confinamento de ondas eletromagnéticas transversas nestes materiais, mas encontramos uma instabilidade relacionada que gera espontaneamente campos magnéticos com direção perpendicular ao plano.
Finalmente, uma similar instabilidade de agregação com frequência zero num sistema de partículas repulsivas é mostrado.