Conformal symmetry and vortices in graphene

Abstract

Tato práce poskytuje úvodní náhled do komplexní problematiky grafenu a jeho pseudo-relativistického chování. Úvod práce dává přehled této tématiky a speciálně se zaměřuje na zajímavá netopologická vírová řešení Liouvilleovy rovnice, nale- zené P. A. Horváthym a J.-C. Yérou, která mají svůj původ ve studiu Chernovy- Simonovy teorie [1], [2] a byla studovaná v dalších pracích ve vztahu ke grafenu [3], [4]. Představujeme Diracovu ultra-relativistickou teorii pole, která dobře po- pisuje elektrické vlastnosti grafenu v nízkoenergetické limitě, a dále poukazujeme na skutečnost, že Diracova ultra-relativistická akce je invariantní vůči Weylově transformaci, což má dalekosáhlé důsledky. Pokud je membrána grafenu vhodně deformovaná, předpokládáme, že Diracova teorie v křivém prostoročase dává její správný popis. Zvláště pak důležitou třídu prostoročasů tvoří 2+1 rozměrné kon- formně ploché prostoročasy. Takové prostoročasy dostáváme, jestliže prostorová část metriky prostoročasu popisuje plochu s konstantní vnitřní křivostí [3]. Jinými slovy, konformní faktor pro takové prostorové metriky musí splňovat Liouvilleovu rovnici, důležitou rovnici matematické fyziky. V této práci jsme určili třídu...

This study provides an introductory insight into the complex field of graphene and its relativistic-like behaviour. The thesis is opened by an overview to this topic and draws special attention to interesting non-topological vortex solutions of the Liouville equation found by P. A. Horváthy and J.-C. Yéra, which emerge in a context of the Chern-Simons theory [1], [2] and have been put into context of graphene [3], [4]. We introduce the massless Dirac field theory, well describing electronic properties of graphene in the low energy limit, and point to the fact that the action of the massless Dirac field is invariant under Weyl transformations, which has far-reaching consequences. When the graphene membrane is suitably deformed, we assume that the correct description is that of a Dirac field on a curved spacetime. In particular, an important case is that of conformally flat 2+1-dimensional spacetimes. These are obtained when the spatial part of the metric describes a surface of constant intrinsic curvature [3]. In other words, the conformal factor of such spatial metrics has to satisfy the Liouville equation, an important equation of mathematical physics. In this work, we have identified the kind of surfaces to which the Horváthy- Yéra conformal factors, above recalled, correspond, and have provided...