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Propiedades ópticas y de transporte en arreglos de puntos cuáticos.

Andrade Hoyos, A Jhon

Published Mar 21, 2017• 0 citations
OpenAlex

Abstract

En esta tesis se analizan las propiedades ópticas y de transporte de dispositivos de \npuntos cuánticos, donde las interacciones generan regímenes altamente correlacionados \ny fenómenos de muchos cuerpos. En esta tesis se presentan resultados obtenidos \nutilizando principalmente el grupo de renormalización numérica de Wilson, complementado \ncon técnicas analíticas basadas en la teoría de líquidos de Fermi, bosones \nesclavos y cálculos variacionales. Con estas herramientas se exploran sistemas de arreglos \nde puntos cuánticos acoplados entre ellos y a conductores que proporcionan una \nrica variedad de fenómenos físicos tales como el efecto Kondo regular, sub-apantallado \ny ferromagnético. Estos podrían ser utilizados en aplicaciones que hagan uso de sus \npropiedades dinámicas, de transporte, termoeléctricas y termomagnéticas, gracias a la \ngran sensibilidad que tienen a campos eléctricos y magnéticos. Esta alta sensibilidad \nprovee grandes valores en el poder termoeléctrico de carga y de espín, donde este último \nconlleva corrientes de polarización de espín, útil en aplicaciones de espintrónica. Por \notro lado, analizamos resultados experimentales de fotoluminiscencia en el decaimiento \nde un trión y de excitones de diferentes cargas en un punto cuántico, en la que efectos \nde muchos cuerpos dan lugar a fenómenos como la catástrofe de ortogonalidad de Anderson, \nefectos de ensanchamiento en la intensidad en el espectro de fotoluminiscencia, \ncorrimiento de las líneas de intensidad hacia el rojo o azul dependiendo del régimen de \nexcitación.

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Propiedades magnéticas y entrelazamiento cuántico en sistemas nanoscópicos.

Nizama Mendoza, A Marco

Los corrales cuánticos presentan propiedades interesantes debido a la interesante \ncombinación de confinamiento y focalización algunas de las cuales fueron observadas experimentalmente. Estudiamos el comportamiento estático y dinámico de estos sistemas. \nEn primer lugar analizamos el caso del corral cuántico no interactuante (sin impurezas), y con parámetros realistas obtuvimos los autoestados la elipse con el modelo de pared dura. Posteriormente estudiamos el sistema en presencia de dos impurezas de Kondo de espín S = 1/2 localizadas en los focos de la elipse. Éstas interactúan con los electrones itinerantes en la elipse vía un término de superintercambio J. Diagonalizamos este sistema numéricamente y estudiamos propiedades tales como correlación de espín y correlaciones dinámicas. Encontramos que, para valores de J chicos comparado con el ancho de banda, \nlos espines están en un estado singlete para número par de electrones en la elipse o triplete para número impar (régimen RKKY). En ese límite es posible describir el comportamiento a bajas energías con un hamiltoniano efectivo entre las impurezas. Para valores grandes de J más estados electrónicos están involucrados y los espines se descorrelacionan formando un estado de Kondo local con los electrones itinerantes. Estudiamos algunas magnitudes de la teoría de la información cuántica que es una herramienta alternativa para el análisis de sistemas cuánticos. Calculamos la entropía de von Neumann para diversas particiones del \nsistema y caracterizamos el cambio de régimen de RKKY al de Kondo ante el incremento de J, de acuerdo a los resultados obtenidos con el cálculo de funciones de correlaciones estáticas y dinámicas. \nAdicionalmente consideramos fluctuaciones de carga en los estados de las impurezas y analizamos propiedades estáticas y dinámicas en función de los parámetros relevantes del sistema. El modelo estudiado consiste de dos impurezas de Anderson localizadas en los focos e hibridizadas con magnitud V a los electrones en la elipse. Con el estudio de la correlación de espín entre las impurezas, y entre una impureza y los electrones en un mismo foco, caracterizamos los regímenes RKKY y Kondo. Esto está de acuerdo con los resultados obtenidos con la densidad de estados electrónica calculada usando un modelo más realista que incluye la hibridización con estados del continuo. \nEncontramos una relación entre el entrelazamiento entre las impurezas de espín y \nobservables físicos del sistema. Con ésto obtuvimos el diagrama de fases de entrelazamiento entre las impurezas para llenado par e impar, que presenta regiones en las que están entrelazadas y otras de estados separables.Mostramos resultados numéricos que sustentan las relaciones encontradas. \nComo aplicación adicional de los conceptos de información cuántica al estudio de las propiedades físicas de sistemas correlacionados, analizamos una cadena de espín S = 1 con condiciones de contorno abiertas y con interacción a primeros vecinos bilineal y bicuadrática (β). En particular estudiamos los modelos de Heisenberg (β = 0) y AKLT (β = 1/3). Realizamos diversos estudios en sistemas bipartitos puros y mixtos. Para caracterizar el entrelazamiento en un sistema bipartito puro usamos la entropía de von Neumann, en cambio para un sistema bipartito mixto, usamos la negatividad. Estos estudios nos permitieron estudiar las excitaciones de espín 1/2 localizadas en los bordes de la cadena [87, 88]. \nUn resultado interesante aparece cuando analizamos el entrelazamiento entre dos \npartes del sistema; que es máximo entre los extremos de la cadena y disminuye hacia el centro, reflejando el carácter fraccionario y la localización de las excitaciones de espín del modelo, que han sido observadas experimentalmente. \nEn conclusión, usando tanto técnicas tradicionales (correlaciones estáticas y dinámicas) como novedosas (información cuántica) para el estudio de sistemas interactuantes, investigamos el comportamiento de algunos sistemas nanoscópicos paradigmáticos. Para ésto utilizamos técnicas tanto analíticas como numéricas de actualidad. Esperamos que los resultados obtenidos en esta tesis sean útiles para una mejor comprensión de estos sistemas, así como para posibles aplicaciones nanotecnológicas. \n

•Mar 28, 2011•0 citations

Magnetismo cuántico en sistemas de baja dimensionalidad

Marcelo Arlego

Los objetivos de esta tesis consisten en analizar en una primera etapa la estructura de plateaux en curvas de magnetización y diagramas de fase magnéticos en sistemas de magnetismo cuántico unidimensionales. Desde el punto de vista de teorías efectivas, esto consiste en analizar el efecto de ciertas perturbaciones, tales como cuasiperiodicidad, desorden y anisotropías sobre modelos críticos, en particular líquidos de Luttinger. Para ello se han empleado técnicas provenientes de la teoría de campos, tales como bosonización (excepto para tratar el desorden), grupo de renormalización y algunos resultados de teorías de campos cuánticos conformes. También se utilizan técnicas numéricas sobre los modelos discretos las cuales dan soporte, complementan y verifican la validez de las predicciones de los modelos efectivos. En la segunda parte de la tesis se ha estudiado el efecto de impurezas en escaleras de espín de dos patas utilizando herramientas estándar de materia condensada tales como los métodos diagramáticos y métodos de funciones de Green, complementados con técnicas numéricas. La motivación para el uso de estas técnicas se basa en el hecho de que son adecuadas para ciertos regímenes perturbativos en los que nos hemos concentrado y permiten el modelado de situaciones más realistas donde se incorpora desorden a través del agregado de impurezas, que por otro lado son inevitables en cualquier sistema real.

•Jan 1, 2004•0 citations

Termodinámica y sincronización en sistemas cuánticos abiertos

Gonzalo Manzano Paule

Los efectos disipativos tienen profundas consecuencias en el comportamiento y las propiedades de los sistemas cuánticos [72]. La inevitable interacción con el entorno circundante, con el cual los sistemas intercambian continuamente información, energía, momento angular o materia, es la última responsable de los fenómenos de decoherencia y de la emergencia del comportamiento clásico [490, 614]. Sin embargo, existe un amplio régimen intermedio en el cual efectos disipativos y cuánticos coexisten, dando lugar a una amplia gama de ricos y sorprendentes fenómenos que apenas están empezando a ser comprendidos. Además, las innovadoras técnicas desarrolladas recientemente para controlar y manipular sistemas cuánticos en el laboratorio han hecho esta fenomenología accesible experimentalmente y potencialmente aplicable [244, 586]. En esta tesis exploraremos desde un punto de vista teórico algunas de las conexiones entre efectos disipativos y cuánticos en lo concerniente a dos principales aspectos: el comportamiento termodinámico de los sistemas cuánticos y la relación entre las correlaciones dinámicas y cuánticas compartidas por éstos. Las correlaciones cuánticas son una de las características más sorprendentes de la naturaleza y han atraído un notable interés desde la misma formulación de la teoría cuántica. La comprensión de los mecanismos subyacentes que generan, preservan, o destruyen estas correlaciones resulta de gran importancia a la hora de explorar la frontera cuántico-clásica [597], mientras que es esencial en el diseño de esquemas en los que la decoherencia pueda ser evitada en aplicaciones prácticas [35, 143, 562]. Por otra parte, otro tipo importante de correlaciones dinámicas de caracter más tradicionalmente clásico son los fenómenos de sincronización, que han sido estudiados en un amplio rango de sistemas físicos, químicos y biológicos [433]. La sincronización puede aparecer como un comportamiento espontáneo y cooperativo de diferentes unidades que oscilan y que, cuando se acoplan, adaptan sus ritmos a una frecuencia común. Este fenómeno de sincronización mutua ha sido considerado con profusión desde un punto de vista clásico [249, 263, 606], mientras que los rasgos genuinamente cuánticos de la sincronización estan empezando ahora a ser investigados...

•Jul 11, 2017•0 citations

Fases críticas y masivas vbs en sistemas cuánticos fuertemente correlacionados

Javier Almeida Linares

null Los denominados sistemas cuanticos fuertemente correlacionados son un tipo particular de sistemas en los cuales las interacciones que toman parte en ellos, independientemente de su magnitud, los conducen a un regimen fisico alejado del habitual liqui do de Fermi. Este tipo de comportamiento se produce en sistemas de muy baja dimensionalidad y en la fisica actual de la materia condensada juegan un papel fundamental en areas tales como la superconductividad de alta temperatura, magnetismo cuantico y conductores de baja dimensionalidad En esta tesis hemos estudiado distintas configuraciones de espines cuanticos interaccionando entre ellos principalmente mediante interacciones de tipo Heisenberg. En concreto hemos realizado estudios rigurosos de la escalera de Heisenberg de dos cadenas y acoplos ferro- y antiferro-magneticos, asi como de distintas configuraciones de escaleras dimerizadas compuestas por tres cadenas. La eleccion de dichos sistemas no es arbitraria sino que se debe a que to dos ellos poseen propiedades de criticalidad cuantica. Esto es, dichos sistemas poseen lineas criticas en sus diagramas de fase en los cuales se producen transiciones de fase cuanticas. Dichas transiciones se producen a temperatura cero y el mecanism o que las induce son las fluctuaciones cuanticas del sistema. Por otra parte, en el trabajo de esta tesis hemos estudiado en profundidad la naturaleza del estado fundamental en las distintas regiones del diagrama de fases de cada modelo. En e ste sentido hemos establecido con claridad que dichas fases poseen el ordenamiento cuantico propio de los llamados solidos de enlaces de valencia: se trata de fases masivas en las cuales el estado fundamental esta separado por un intervalo finito de energia del resto del espectro. Ademas el orden intrinseco de estos estados es de naturaleza topologica en el sentido que solo puede ser caracterizado empleando parametros de orden no locales. Una parte importante del trabajo de la tesis consiste pre cisamente en la caracterizacion de estas fases haciendo uso de los llamados parametros de orden de secuencia y de torsion, los cuales estan intimamente asociados al concepto de solido de enlaces de valencia. En el ultimo trabajo publicado en esta tesis hemos abordado un modelo muy concreto que describe una determinada nano-molecula magnetica compuesta por pocos atomos. En este contexto hemos establecido que su estado fundamental tambien posee la estructura de un solido de enlaces de valencia

•Jan 1, 2009•0 citations

Estados estacionarios de transparencia inducida electromagnéticamente y el rol de los mecanismos de decoherencia en acoples fuera de resonancia en moléculas de puntos cuánticos

Sebastián David Martínez Castaño

RESUMEN: En el marco de la teoría de la respuesta, los estados cuánticos estacionarios permiten explorar las propiedades ópticas de los materiales. En uno de sus fenómenos más interesantes, es posible suprimir los efectos de dispersión y absorción sobre la luz incidente, efecto conocido como transparencia inducida electromagnéticamente o EIT por sus siglas en inglés. Este efecto ha sido ampliamente estudiado y aplicado en sistemas atómicos de tres niveles tipo lambda, confinados en cavidades ópticas y estructuras semiconductoras más complejas como moléculas de puntos cuánticos. En este trabajo exploramos la dinámica de moléculas de puntos cuánticos acopladas a campos en resonancia y fuera de resonancia, incluyendo a su vez los efectos de disipación y decoherencia con acoples no resonantes como las interacciones electrón-fonón a nivel de una ecuación maestra. Se propone un formalismo de cuadro rotante que elimina las dependencias temporales en los hamiltonianos de los campos clásicos o cuánticos externos. Se calculan propiedades ópticas como la susceptibilidad y el índice de refracción a través de teoría de perturbaciones y métodos exactos, en función de las distintas tasas y niveles de energía de las moléculas. Estos resultados muestran comportamientos similares a los gases atómicos, donde sus propiedades ópticas se ven modificadas. Además numéricamente se exploran los efectos de acoples no resonantes sobre sistemas con radiación cuantizada.

•Jan 1, 2022•0 citations

Transporte a través de sistemas nanoscópicos fuertemente correlacionados

Jiménez Ricón, Job Sánchez Julián

Estudiamos los efectos de muchos cuerpos en las propiedades de transporte a traves de sistemas nanoscopicos. Presentamos estudios en diversos modelos de sistemas correlacionados: algunos de ellos presentan comportamiento caracteristico de liquido de Luttinger o de liquido de Fermi. Para los sistemas tipo liquido de Luttinger, usamos un formalismo de transporte tipo Landauer que mantiene las correlaciones en el sistema de forma exacta. Por otro lado, para los sistemas tipo liquido de Fermi fuera de equilibrio, usamos la formula mas general de transporte a traves de un sistema interactuante propuesta por Meir y Wingreen. En el caso de los sistemas cuyo punto fijo es el liquido de Luttinger, mostramos como una medicion de transporte puede llevar a la evidencia directa de la separacion de cargaesp in. Este fenomeno es una propiedad fundamental que define el liquido de Luttinger. La separacion de carga-espin se manifiesta en la conductancia como funcion del flujo magnetico formando minimos (dips) en valores fraccionales no triviales, cambiando la periodicidad fundamental de conductancia como funcion del flujo. Mostramos que estos resultados son validos para cualquier sistema fuertemente interactuante en una dimension. Los sistemas prototipo usados para este estudio son anillos de Aharonov-Bohm (representados por el modelo de Hubbard o t-J ) acoplados debilmente a un par de electrodos conductores. Aumentando la dimensionalidad del problema, en sistemas de dos anillos acoplados, no esta claro a hacia que tipo de punto fijo fluye este tipo de sistemas. Sin embargo, usando el mismo criterio para la separacion de carga-espin que en el caso de cadenas simples, encontramos una clara evidencia de separacion de carga-espin en un amplio regimen de los parametros de interaccion inter e intracadenas. Usando el mismo tipo de geometrias tipo Aharonov-Bohm, mostramos como pueden ser utilizadas en la caracterizacion de la transicion de fase neutral-ionica que presenta el modelo de Hubbard ionico. La transicion puede ser observada mirando el primer pico de la transmitancia controlando el flujo magnetico aplicado al anillo. En terminos de la transmitancia, dependiendo de la fase del estado fundamental, encontramos la presencia o ausencia de depresiones como funcion del flujo. De esta forma es posible caracterizar la transicion de manera inequivoca. Es importante resaltar que la disposicion experimental propuesta puede ser implementada para cualquier transicion de fase cuantica asociada a un cambio de simetria en el estado fundamental. Usando el formalismo de transporte tipo Landauer, estudiamos el transporte cuantico a traves de una sola molecula (en general, moleculas monociclicas aromaticas) que explota los efectos de interferencia cuantica intrinsecos. Mostramos que los efectos de interferencia destructiva total relacionados con un algun grupo de simetria de la molecula, permiten controlar las propiedades tipo transistor del sistema como la conmutacion de la corriente. Los estados de corriente nula o finita son manipulados por medio de perturbaciones elasticas o decoherentes que rompen la simetria molecular. Estos efectos podran ser observados en los dispositivos moleculares construidos actualmente. Adicionalmente, investigamos las propiedades de transporte a traves de una impureza de Anderson simetrica, cuya fisica es la del liquido de Fermi. Para este modelo usamos teoria de perturbaciones renormalizadas fuera de equilibrio para estudiar las propiedades de transporte a traves de puntos cuanticos a temperatura y voltaje finitos. Calculamos los parametros de escaleo asociados a la funcion universal que satisfacen las mediciones de transporte realizadas recientemente a traves de un punto cuantico tipo Kondo de un solo canal. Usando un exponente de escaleo cuadratico tanto para la temperatura como para el voltaje (como se espera para la impureza de Anderson de espin S = 1/2), encontramos un gran acuerdo para los coeficientes comparados con los resultados experimentales. Finalmente, desarrollamos un eficiente codigo en paralelo de DMRG dedicado al calculo de las funciones de correlacion multi-punto. La estrategia presentada se implemento en el lenguaje de memoria distribuida, MPI. Este algoritmo posee una mejor aceleracion comparado con el caso de memoria compartida. La aceleracion maxima encontrada para el algoritmo respecto al caso serial, se encontro en el rango 11 - 18 dependiendo del tamano del problema y de acuerdo a la ley de Amdahl. Se exploraron las causas de desaceleracion paralela y con base en esta discusion proponemos formas de aumentar la aceleracion del algoritmo paralelo. Aplicamos las estrategias de paralelizacion en el calculo de las correlaciones de carga de la Fase Mott del modelo de Hubbard ionico encontrando un gran acuerdo con la ley de potencias predicha con bosonizacion.

•Aug 1, 2010•0 citations
En esta tesis se analizan las propiedades ópticas y de transporte de dispositivos de \npuntos cuánticos, donde las interacciones generan regímenes altamente correlacionados \ny fenómenos de muchos cuerpos. En esta tesis se presentan resultados obtenidos \nutilizando principalmente el grupo de renormalización numérica de Wilson, complementado \ncon técnicas analíticas basadas en la teoría de líquidos de Fermi, bosones \nesclavos y cálculos variacionales. Con estas herramientas se exploran sistemas de arreglos \nde puntos cuánticos acoplados entre ellos y a conductores que proporcionan una \nrica variedad de fenómenos físicos tales como el efecto Kondo regular, sub-apantallado \ny ferromagnético. Estos podrían ser utilizados en aplicaciones que hagan uso de sus \npropiedades dinámicas, de transporte, termoeléctricas y termomagnéticas, gracias a la \ngran sensibilidad que tienen a campos eléctricos y magnéticos. Esta alta sensibilidad \nprovee grandes valores en el poder termoeléctrico de carga y de espín, donde este último \nconlleva corrientes de polarización de espín, útil en aplicaciones de espintrónica. Por \notro lado, analizamos resultados experimentales de fotoluminiscencia en el decaimiento \nde un trión y de excitones de diferentes cargas en un punto cuántico, en la que efectos \nde muchos cuerpos dan lugar a fenómenos como la catástrofe de ortogonalidad de Anderson, \nefectos de ensanchamiento en la intensidad en el espectro de fotoluminiscencia, \ncorrimiento de las líneas de intensidad hacia el rojo o azul dependiendo del régimen de \nexcitación.
Los corrales cuánticos presentan propiedades interesantes debido a la interesante \ncombinación de confinamiento y focalización algunas de las cuales fueron observadas experimentalmente. Estudiamos el comportamiento estático y dinámico de estos sistemas. \nEn primer lugar analizamos el caso del corral cuántico no interactuante (sin impurezas), y con parámetros realistas obtuvimos los autoestados la elipse con el modelo de pared dura. Posteriormente estudiamos el sistema en presencia de dos impurezas de Kondo de espín S = 1/2 localizadas en los focos de la elipse. Éstas interactúan con los electrones itinerantes en la elipse vía un término de superintercambio J. Diagonalizamos este sistema numéricamente y estudiamos propiedades tales como correlación de espín y correlaciones dinámicas. Encontramos que, para valores de J chicos comparado con el ancho de banda, \nlos espines están en un estado singlete para número par de electrones en la elipse o triplete para número impar (régimen RKKY). En ese límite es posible describir el comportamiento a bajas energías con un hamiltoniano efectivo entre las impurezas. Para valores grandes de J más estados electrónicos están involucrados y los espines se descorrelacionan formando un estado de Kondo local con los electrones itinerantes. Estudiamos algunas magnitudes de la teoría de la información cuántica que es una herramienta alternativa para el análisis de sistemas cuánticos. Calculamos la entropía de von Neumann para diversas particiones del \nsistema y caracterizamos el cambio de régimen de RKKY al de Kondo ante el incremento de J, de acuerdo a los resultados obtenidos con el cálculo de funciones de correlaciones estáticas y dinámicas. \nAdicionalmente consideramos fluctuaciones de carga en los estados de las impurezas y analizamos propiedades estáticas y dinámicas en función de los parámetros relevantes del sistema. El modelo estudiado consiste de dos impurezas de Anderson localizadas en los focos e hibridizadas con magnitud V a los electrones en la elipse. Con el estudio de la correlación de espín entre las impurezas, y entre una impureza y los electrones en un mismo foco, caracterizamos los regímenes RKKY y Kondo. Esto está de acuerdo con los resultados obtenidos con la densidad de estados electrónica calculada usando un modelo más realista que incluye la hibridización con estados del continuo. \nEncontramos una relación entre el entrelazamiento entre las impurezas de espín y \nobservables físicos del sistema. Con ésto obtuvimos el diagrama de fases de entrelazamiento entre las impurezas para llenado par e impar, que presenta regiones en las que están entrelazadas y otras de estados separables.Mostramos resultados numéricos que sustentan las relaciones encontradas. \nComo aplicación adicional de los conceptos de información cuántica al estudio de las propiedades físicas de sistemas correlacionados, analizamos una cadena de espín S = 1 con condiciones de contorno abiertas y con interacción a primeros vecinos bilineal y bicuadrática (β). En particular estudiamos los modelos de Heisenberg (β = 0) y AKLT (β = 1/3). Realizamos diversos estudios en sistemas bipartitos puros y mixtos. Para caracterizar el entrelazamiento en un sistema bipartito puro usamos la entropía de von Neumann, en cambio para un sistema bipartito mixto, usamos la negatividad. Estos estudios nos permitieron estudiar las excitaciones de espín 1/2 localizadas en los bordes de la cadena [87, 88]. \nUn resultado interesante aparece cuando analizamos el entrelazamiento entre dos \npartes del sistema; que es máximo entre los extremos de la cadena y disminuye hacia el centro, reflejando el carácter fraccionario y la localización de las excitaciones de espín del modelo, que han sido observadas experimentalmente. \nEn conclusión, usando tanto técnicas tradicionales (correlaciones estáticas y dinámicas) como novedosas (información cuántica) para el estudio de sistemas interactuantes, investigamos el comportamiento de algunos sistemas nanoscópicos paradigmáticos. Para ésto utilizamos técnicas tanto analíticas como numéricas de actualidad. Esperamos que los resultados obtenidos en esta tesis sean útiles para una mejor comprensión de estos sistemas, así como para posibles aplicaciones nanotecnológicas. \n
Los objetivos de esta tesis consisten en analizar en una primera etapa la estructura de plateaux en curvas de magnetización y diagramas de fase magnéticos en sistemas de magnetismo cuántico unidimensionales. Desde el punto de vista de teorías efectivas, esto consiste en analizar el efecto de ciertas perturbaciones, tales como cuasiperiodicidad, desorden y anisotropías sobre modelos críticos, en particular líquidos de Luttinger. Para ello se han empleado técnicas provenientes de la teoría de campos, tales como bosonización (excepto para tratar el desorden), grupo de renormalización y algunos resultados de teorías de campos cuánticos conformes. También se utilizan técnicas numéricas sobre los modelos discretos las cuales dan soporte, complementan y verifican la validez de las predicciones de los modelos efectivos. En la segunda parte de la tesis se ha estudiado el efecto de impurezas en escaleras de espín de dos patas utilizando herramientas estándar de materia condensada tales como los métodos diagramáticos y métodos de funciones de Green, complementados con técnicas numéricas. La motivación para el uso de estas técnicas se basa en el hecho de que son adecuadas para ciertos regímenes perturbativos en los que nos hemos concentrado y permiten el modelado de situaciones más realistas donde se incorpora desorden a través del agregado de impurezas, que por otro lado son inevitables en cualquier sistema real.
Los efectos disipativos tienen profundas consecuencias en el comportamiento y las propiedades de los sistemas cuánticos [72]. La inevitable interacción con el entorno circundante, con el cual los sistemas intercambian continuamente información, energía, momento angular o materia, es la última responsable de los fenómenos de decoherencia y de la emergencia del comportamiento clásico [490, 614]. Sin embargo, existe un amplio régimen intermedio en el cual efectos disipativos y cuánticos coexisten, dando lugar a una amplia gama de ricos y sorprendentes fenómenos que apenas están empezando a ser comprendidos. Además, las innovadoras técnicas desarrolladas recientemente para controlar y manipular sistemas cuánticos en el laboratorio han hecho esta fenomenología accesible experimentalmente y potencialmente aplicable [244, 586]. En esta tesis exploraremos desde un punto de vista teórico algunas de las conexiones entre efectos disipativos y cuánticos en lo concerniente a dos principales aspectos: el comportamiento termodinámico de los sistemas cuánticos y la relación entre las correlaciones dinámicas y cuánticas compartidas por éstos. Las correlaciones cuánticas son una de las características más sorprendentes de la naturaleza y han atraído un notable interés desde la misma formulación de la teoría cuántica. La comprensión de los mecanismos subyacentes que generan, preservan, o destruyen estas correlaciones resulta de gran importancia a la hora de explorar la frontera cuántico-clásica [597], mientras que es esencial en el diseño de esquemas en los que la decoherencia pueda ser evitada en aplicaciones prácticas [35, 143, 562]. Por otra parte, otro tipo importante de correlaciones dinámicas de caracter más tradicionalmente clásico son los fenómenos de sincronización, que han sido estudiados en un amplio rango de sistemas físicos, químicos y biológicos [433]. La sincronización puede aparecer como un comportamiento espontáneo y cooperativo de diferentes unidades que oscilan y que, cuando se acoplan, adaptan sus ritmos a una frecuencia común. Este fenómeno de sincronización mutua ha sido considerado con profusión desde un punto de vista clásico [249, 263, 606], mientras que los rasgos genuinamente cuánticos de la sincronización estan empezando ahora a ser investigados...
null Los denominados sistemas cuanticos fuertemente correlacionados son un tipo particular de sistemas en los cuales las interacciones que toman parte en ellos, independientemente de su magnitud, los conducen a un regimen fisico alejado del habitual liqui do de Fermi. Este tipo de comportamiento se produce en sistemas de muy baja dimensionalidad y en la fisica actual de la materia condensada juegan un papel fundamental en areas tales como la superconductividad de alta temperatura, magnetismo cuantico y conductores de baja dimensionalidad En esta tesis hemos estudiado distintas configuraciones de espines cuanticos interaccionando entre ellos principalmente mediante interacciones de tipo Heisenberg. En concreto hemos realizado estudios rigurosos de la escalera de Heisenberg de dos cadenas y acoplos ferro- y antiferro-magneticos, asi como de distintas configuraciones de escaleras dimerizadas compuestas por tres cadenas. La eleccion de dichos sistemas no es arbitraria sino que se debe a que to dos ellos poseen propiedades de criticalidad cuantica. Esto es, dichos sistemas poseen lineas criticas en sus diagramas de fase en los cuales se producen transiciones de fase cuanticas. Dichas transiciones se producen a temperatura cero y el mecanism o que las induce son las fluctuaciones cuanticas del sistema. Por otra parte, en el trabajo de esta tesis hemos estudiado en profundidad la naturaleza del estado fundamental en las distintas regiones del diagrama de fases de cada modelo. En e ste sentido hemos establecido con claridad que dichas fases poseen el ordenamiento cuantico propio de los llamados solidos de enlaces de valencia: se trata de fases masivas en las cuales el estado fundamental esta separado por un intervalo finito de energia del resto del espectro. Ademas el orden intrinseco de estos estados es de naturaleza topologica en el sentido que solo puede ser caracterizado empleando parametros de orden no locales. Una parte importante del trabajo de la tesis consiste pre cisamente en la caracterizacion de estas fases haciendo uso de los llamados parametros de orden de secuencia y de torsion, los cuales estan intimamente asociados al concepto de solido de enlaces de valencia. En el ultimo trabajo publicado en esta tesis hemos abordado un modelo muy concreto que describe una determinada nano-molecula magnetica compuesta por pocos atomos. En este contexto hemos establecido que su estado fundamental tambien posee la estructura de un solido de enlaces de valencia
RESUMEN: En el marco de la teoría de la respuesta, los estados cuánticos estacionarios permiten explorar las propiedades ópticas de los materiales. En uno de sus fenómenos más interesantes, es posible suprimir los efectos de dispersión y absorción sobre la luz incidente, efecto conocido como transparencia inducida electromagnéticamente o EIT por sus siglas en inglés. Este efecto ha sido ampliamente estudiado y aplicado en sistemas atómicos de tres niveles tipo lambda, confinados en cavidades ópticas y estructuras semiconductoras más complejas como moléculas de puntos cuánticos. En este trabajo exploramos la dinámica de moléculas de puntos cuánticos acopladas a campos en resonancia y fuera de resonancia, incluyendo a su vez los efectos de disipación y decoherencia con acoples no resonantes como las interacciones electrón-fonón a nivel de una ecuación maestra. Se propone un formalismo de cuadro rotante que elimina las dependencias temporales en los hamiltonianos de los campos clásicos o cuánticos externos. Se calculan propiedades ópticas como la susceptibilidad y el índice de refracción a través de teoría de perturbaciones y métodos exactos, en función de las distintas tasas y niveles de energía de las moléculas. Estos resultados muestran comportamientos similares a los gases atómicos, donde sus propiedades ópticas se ven modificadas. Además numéricamente se exploran los efectos de acoples no resonantes sobre sistemas con radiación cuantizada.
Estudiamos los efectos de muchos cuerpos en las propiedades de transporte a traves de sistemas nanoscopicos. Presentamos estudios en diversos modelos de sistemas correlacionados: algunos de ellos presentan comportamiento caracteristico de liquido de Luttinger o de liquido de Fermi. Para los sistemas tipo liquido de Luttinger, usamos un formalismo de transporte tipo Landauer que mantiene las correlaciones en el sistema de forma exacta. Por otro lado, para los sistemas tipo liquido de Fermi fuera de equilibrio, usamos la formula mas general de transporte a traves de un sistema interactuante propuesta por Meir y Wingreen. En el caso de los sistemas cuyo punto fijo es el liquido de Luttinger, mostramos como una medicion de transporte puede llevar a la evidencia directa de la separacion de cargaesp in. Este fenomeno es una propiedad fundamental que define el liquido de Luttinger. La separacion de carga-espin se manifiesta en la conductancia como funcion del flujo magnetico formando minimos (dips) en valores fraccionales no triviales, cambiando la periodicidad fundamental de conductancia como funcion del flujo. Mostramos que estos resultados son validos para cualquier sistema fuertemente interactuante en una dimension. Los sistemas prototipo usados para este estudio son anillos de Aharonov-Bohm (representados por el modelo de Hubbard o t-J ) acoplados debilmente a un par de electrodos conductores. Aumentando la dimensionalidad del problema, en sistemas de dos anillos acoplados, no esta claro a hacia que tipo de punto fijo fluye este tipo de sistemas. Sin embargo, usando el mismo criterio para la separacion de carga-espin que en el caso de cadenas simples, encontramos una clara evidencia de separacion de carga-espin en un amplio regimen de los parametros de interaccion inter e intracadenas. Usando el mismo tipo de geometrias tipo Aharonov-Bohm, mostramos como pueden ser utilizadas en la caracterizacion de la transicion de fase neutral-ionica que presenta el modelo de Hubbard ionico. La transicion puede ser observada mirando el primer pico de la transmitancia controlando el flujo magnetico aplicado al anillo. En terminos de la transmitancia, dependiendo de la fase del estado fundamental, encontramos la presencia o ausencia de depresiones como funcion del flujo. De esta forma es posible caracterizar la transicion de manera inequivoca. Es importante resaltar que la disposicion experimental propuesta puede ser implementada para cualquier transicion de fase cuantica asociada a un cambio de simetria en el estado fundamental. Usando el formalismo de transporte tipo Landauer, estudiamos el transporte cuantico a traves de una sola molecula (en general, moleculas monociclicas aromaticas) que explota los efectos de interferencia cuantica intrinsecos. Mostramos que los efectos de interferencia destructiva total relacionados con un algun grupo de simetria de la molecula, permiten controlar las propiedades tipo transistor del sistema como la conmutacion de la corriente. Los estados de corriente nula o finita son manipulados por medio de perturbaciones elasticas o decoherentes que rompen la simetria molecular. Estos efectos podran ser observados en los dispositivos moleculares construidos actualmente. Adicionalmente, investigamos las propiedades de transporte a traves de una impureza de Anderson simetrica, cuya fisica es la del liquido de Fermi. Para este modelo usamos teoria de perturbaciones renormalizadas fuera de equilibrio para estudiar las propiedades de transporte a traves de puntos cuanticos a temperatura y voltaje finitos. Calculamos los parametros de escaleo asociados a la funcion universal que satisfacen las mediciones de transporte realizadas recientemente a traves de un punto cuantico tipo Kondo de un solo canal. Usando un exponente de escaleo cuadratico tanto para la temperatura como para el voltaje (como se espera para la impureza de Anderson de espin S = 1/2), encontramos un gran acuerdo para los coeficientes comparados con los resultados experimentales. Finalmente, desarrollamos un eficiente codigo en paralelo de DMRG dedicado al calculo de las funciones de correlacion multi-punto. La estrategia presentada se implemento en el lenguaje de memoria distribuida, MPI. Este algoritmo posee una mejor aceleracion comparado con el caso de memoria compartida. La aceleracion maxima encontrada para el algoritmo respecto al caso serial, se encontro en el rango 11 - 18 dependiendo del tamano del problema y de acuerdo a la ley de Amdahl. Se exploraron las causas de desaceleracion paralela y con base en esta discusion proponemos formas de aumentar la aceleracion del algoritmo paralelo. Aplicamos las estrategias de paralelizacion en el calculo de las correlaciones de carga de la Fase Mott del modelo de Hubbard ionico encontrando un gran acuerdo con la ley de potencias predicha con bosonizacion.