This thesis deals with both non-relativistic and relativistic quantum Hamiltonians with mag netic elds constrained to a hypersurface or its tubular neighbourhood. In the non-relativistic
case, the magnetic Laplacian will be considered, whereas in the relativistic situation we will
be concerned with the Dirac operator with magnetic eld. Firstly, we will look for an e ective
operator for the magnetic Laplacian on a very thin neighbourhood of the hypersurface. We will
show that, as the width of the neighbourhood tends to zero, the limit operator is the magnetic
Laplace-Beltrami operator on the hypersurface with an additional scalar potential, which may be
expressed in terms of the principal curvatures of the hypersurface. If the hypersurface is embed ded into R
3
then the e ective magnetic eld is given as the projection of the ambient magnetic
eld to the normal direction. Next, we will focus on the two-dimensional magnetic Laplacian.
It has been proved for a variety of translationally invariant magnetic elds that the spectrum
of this operator is purely absolutely continuous. We will show that this still may be true even
after adding a translationally invariant electrostatic perturbation. Moreover, we will prove the
absolute continuity of the Laplacian with constant magnetic eld on neighbourhoods of certain
curved translationally invariant two-dimensional hypersurfaces. Recall that the absolutely con tinuous spectrum is typically associated with transport properties of a model. Besides, for many
two-dimensional models with a translationally invariant magnetic barrier, there exists a lower
bound on currents along the barrier. We will show that these currents may be carried by states
that disperse slowly or not at all and we will nd several su cient conditions for existence of
such states in the relativistic case. If the vector potential that is associated with the magnetic
barrier is of very thin but high pro le, it seems reasonable to work formally with the simple layer
distribution instead of the true, possibly complicated, potential. Moreover, due to the symme try with respect to translations, it is possible to consider one-dimensional Dirac operators after
employing the partial Fourier transform. Therefore, it makes sense to be concerned with the
one-dimensional relativistic point interaction and its approximations by more realistic regular
potentials. We will provide an approximation result in the norm resolvent sense for any type
of the point interaction. Finally, we will introduce rigorously as a self-adjoint operator the two dimensional Dirac operator with potential that is proportional to the simple layer distribution
supported on a closed curve and, similarly as in the one-dimensional setting, we will solve the
problem of approximations by regular potentials. We will investigate in more detail the case
when the singular potential may be associated with a vector potential, i.e., we will introduce a
sort of magnetic δ-shell interaction.
en
dc.language.iso
en
en
dc.publisher
ČVUT. Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská.
cze
dc.title
Quantum Hamiltonians with magnetic fields: effective dynamics and transport properties
en
dc.type
habilitační práce
cze
dc.type
habilitation thesis
en
dc.description.abstract-translated
Tato práce pojednává o nerelativistických i relativistických kvantových hamiltoniánech s mag netickým polem pro £ástici vázanou na nadplochu £i její trubicovité okolí. V nerelativistickém
p°ípad¥ uvaºujeme magnetický laplacián, v relativistické situaci potom Dirac·v operátor s mag netickým polem. Nejprve budeme hledat efektivní operátor pro magnetický laplacián na velice
tenkém okolí nadplochy. Ukáºeme, ºe jde-li ²í°ka okolí k nule, je limitním operátorem magnetický
Laplace-Beltramiho operátor na nadplo²e s dodate£ným skalárním potenciálem, který lze zapsat
pomocí hlavních k°ivostí nadplochy. Je-li nadplocha vloºená do R
3
, potom efektivní magnetic ké pole je dáno projekcí vn¥j²ího magnetického pole do sm¥ru jednotkové normály k nadplo²e.
Speciáln¥ se dále zabýváme dvourozm¥rným magnetickým laplaciánem. Pro °adu transla£n¥ in variantních magnetických polí lze ukázat, ºe spektrum tohoto operátoru je £ist¥ absolutn¥ spo jité. Ukáºeme, ºe tato vlastnost m·ºe z·stat zachována i po p°i£tení transla£n¥ invariantního
elektrostatického potenciálu. Absolutní spojitost spektra dokáºeme i pro magnetický laplacián
s konstatním magnetickým polem na okolí zak°ivené transla£n¥ invariantní dvourozm¥rné nad plochy. P°ipome¬me, ºe absolutní spojitost spektra bývá spojována s transportními vlastnostmi
modelu. Navíc pro mnoho dvourozm¥rných model· s transla£n¥ invariantní magnetickou bariérou
byl odvozen dolní odhad pro velikost proud· podél bariéry. Ukáºeme, ºe nosi£i t¥chto proud·
mohou být stavy s malou £i nulovou disperzí a nalezneme posta£ující podmínky pro jejich exis tenci v relativistickém p°ípad¥. Je-li magnetická bariéra popsána vektorovým potenciálem, který
je úzkého vysokého pro lu, jeví se jako smysluplné místo n¥j formáln¥ uvaºovat jednoduchou
vrstvu. P°itom vzhledem k transla£ní invarianci lze po zapojení £áste£né Fourierovy transformace
pracovat s jednorozm¥rnými Diracovými operátory. Dává tedy smysl zabývat se jednorozm¥rnou
relativistickou bodovou interakcí a jejími aproximacemi pomocí více realistických regulárních
potenciál·. Aproxima£ní výsledek odvodíme v uniformním rezolventním smyslu pro libovolný
typ bodové interakce. Nakonec rigorózn¥ de nujeme dvourozm¥rný Dirac·v operátor s poten ciálem úm¥rným jednoduché vrstv¥ na uzav°ené k°ivce jako samosdruºený operátor a analogicky
jako v jednorozm¥rné situaci vy°e²íme otázku aproximací pomocí regulárních potenciál·. Detail n¥ji se budeme v¥novat p°ípadu, kdy je moºno singulární potenciál interpretovat jako vektorový
potenciál, tj. nov¥ zavedeme magnetickou δ-shell interakci.