Os líquidos quânticos de spin estão entre as fases da matéria mais investigadas que se afastam do paradigma da quebra simultânea de simetria e da teoria líquido de Fermi. Neste trabalho, estudamos um modelo de Heisenberg de spin 1/2 na rede kagomé, com interação de troca Jd entre os spins conectados pelas diagonais dos hexágonos e com uma quiralidade escalar de fuxos alternados Jχ que acopla os três spins dos triângulos. Aplicamos um campo médio baseado na representação de pártons e mostramos que o modelo apresenta um líquido de spin quiral sem gap no regime em que Jχ é a interação dominante. A fase sem gap, é equivalente à outras fases que são obtidas a partir de soluções de campo médio utilizando representação de férmions de Majorana com superfícies de Fermi retilínia protegidas por simetria. Nosso objetivo é estudar as mudanças no espectro dos spínons em função da razão Jd/|Jχ| para dois casos de um ansatz na teoria de campo médio. Esperamos que no limite em que Jd é o acoplamento relevante, temos uma fase magnética com ordenamento não-coplanar; o estado cuboc-2. A transição de fase é analisada em termos dos parâmetros de ordem oriundos do campo médio e pela busca de instabilidades na susceptibilidade generalizada. Acreditamos que esse trabalho é importante porque fornece um exemplo de transição de fase entre um líquido de spin quiral e uma fase magnética ordenada não trivial.
Os líquidos quânticos de spin estão entre as fases da matéria mais investigadas que se afastam do paradigma da quebra simultânea de simetria e da teoria líquido de Fermi. Neste trabalho, estudamos um modelo de Heisenberg de spin 1/2 na rede kagomé, com interação de troca Jd entre os spins conectados pelas diagonais dos hexágonos e com uma quiralidade escalar de fuxos alternados Jχ que acopla os três spins dos triângulos. Aplicamos um campo médio baseado na representação de pártons e mostramos que o modelo apresenta um líquido de spin quiral sem gap no regime em que Jχ é a interação dominante. A fase sem gap, é equivalente à outras fases que são obtidas a partir de soluções de campo médio utilizando representação de férmions de Majorana com superfícies de Fermi retilínia protegidas por simetria. Nosso objetivo é estudar as mudanças no espectro dos spínons em função da razão Jd/|Jχ| para dois casos de um ansatz na teoria de campo médio. Esperamos que no limite em que Jd é o acoplamento relevante, temos uma fase magnética com ordenamento não-coplanar; o estado cuboc-2. A transição de fase é analisada em termos dos parâmetros de ordem oriundos do campo médio e pela busca de instabilidades na susceptibilidade generalizada. Acreditamos que esse trabalho é importante porque fornece um exemplo de transição de fase entre um líquido de spin quiral e uma fase magnética ordenada não trivial.
Em magnetismo quântico, a presença de interações de troca competitivas e frustração geométrica pode suprimir o surgimento de ordem magnética de longo alcance, permitindo assim o aparecimento de novas fases da matéria, como os Líquidos de Spin Quânticos. Esses estados são caracterizados pelo conceito de ordem topológica, que está associado à degenerescência topológica do estado fundamental, a padrões de emaranhamento de longo alcance e a excitações de baixa energia fracionárias. Essas características são naturalmente incorporadas pelas teorias de pártons, nas quais operadores de spin são substituídos por bilineares fermiônicos. Além disso, introduz-se um vínculo de ocupação simples para recuperar o espaço de Hilbert físico. Para impô-lo, pode-se aplicar a projeção de Gutzwiller à respectiva solução de teoria de campo médio, criando uma correspondência entre estados fermiônicos Gaussianos e fases de Líquidos de Spin Quânticos. Neste trabalho, formulamos tais teorias e as investigamos numericamente por meio de Estados Produto de Matrizes (Matrix Product States MPS). No formalismo de códigos estabilizadores, estudamos as condições sob as quais um estado projetado possui ordem topológica. Construímos um exemplo de dois estados fermiônicos isolantes triviais que são adiabaticamente conectados, enquanto os estados projetados correspondentes passam por uma transição de fase capturada pela entropia de emaranhamento topológica, alertando contra a classificação de Líquidos de Spin Quânticos baseada exclusivamente em seus estados fermiônicos correspondentes. Além disso, introduzimos um novo algoritmo numérico para o estudo de funções de onda projetadas. A abordagem explora o formalismo da matriz de correlação de estados fermiônicos Gaussianos para determinar o tensor local do MPS em cada sítio. Ao evitar o cálculo de determinantes de Slater e permitir o uso de simetrias translacionais para obter representações de MPS infinito do estado alvo, o método proposto supera limitações de abordagens anteriores, como demonstrado por cálculos ilustrativos no modelo de HaldaneShastry. Esperamos que esses desenvolvimentos contribuam para reduzir a lacuna entre a descrição por pártons de Líquidos de Spin Quânticos e métodos numéricos variacionais para sistemas fortemente correlacionados.
Nos últimos 20 anos a comunidade científica tem estudado bastante o modelo de Heisenberg spin-1/2 com interações de troca antiferromagnéticas entre primeiros e segundos vizinhos na rede quadrada (o modelo J1 − J2) ideal, onde as interações J1 e J2 s˜ao tomadas, respectivamente ao longo dos lados e da diagonal de uma rede quadrada. O diagrama de fase no estado fundamental desse modelo apresenta duas fases ordenadas: antiferromagnética-AF e colinear-CAF para = J2 J1< 1c e > 2c, respectivamente. Enquanto que para valores de intermediários 1c < < 2c temos a fase paramagnética quântica-PQ (liquido-spin). Neste trabalho generalizam os o modelo J1 − J2, considerando a inequivalência dos acoplamentos de primeiros vizinhos J1 e J01 (interações ao longo dos lados da estrutura quadrada), onde eles se relacionam através do parâmetro de competição entre cadeias lineares de spin ( ) da seguinte forma: J01 = J1. O diagrama de fase em T = 0 no plano − do modelo J1 − J01 − J2 na rede quadrada ´e estudada atrav´es da técnica do operador diferencial via teoria de campo efetivo em aglomerados com N = 2spins. Propomos um funcional para a energia livre como uma expassão em série de potência do parâmetro de ordem (expansão de Landau), e as linhas de transições entre as fases AF-PQ, CAF-PQ e CAF-AF foram obtidas numericamente. As linhas de transi¸c˜ao emergem para um ponto triplo quântico (PTQ) com coordenadas ( t 0.50, t 0.52), que a baixo temos uma transi¸c˜ao direta de fase entre os estados CAF e AF, e acima, existe um estado intermediário desordenado PQ. A transição entre as fases AF e PQ é de segunda ordem quando analisamos o comportamento do parâmetro de ordem, enquanto entre as fases CAF e PQ é de primeira ordem.
Líquidos quânticos de spin constituem uma classe paradigmática de sistemas fortemente correlacionados, caracterizados por emaranhamento de longo alcance, estruturas de calibre emergentes e excitações fracionárias. Entre eles, o modelo de Kitaev oferece um cenário raro no qual essas propriedades podem ser estudadas de forma controlada, ao mesmo tempo em que estabelecem uma conexão direta com materiais reais, nos quais interações adicionais e desordem são inevitáveis. Neste trabalho, estudamos um modelo de Kitaev antiferromagnético estendido na rede hexagonal, na presença de um campo magnético e de desordem de ligações. Mostramos que interações de maior alcance induzem transições entre setores de fluxo que estão intimamente associadas a mudanças topológicas na estrutura de bandas dos férmions de Majorana, enquanto campos magnéticos fracos estabilizam o setor de fluxo-0 e deslocam os valores críticos correspondentes. A desordem de ligações alarga essas transições entre setores de fluxo, suprime os gaps dos férmions de Majorana e gera caudas negativas na distribuição do gap de pares visons, sinalizando a instabilidade local de estados de fluxo homogêneos. Como consequência, identificamos uma janela finita de parâmetros, próxima à transição de fluxo, na qual cristais de visons heterogêneos tornam-se candidatos energeticamente competitivos ao estado fundamental. Esses estados de fluxo heterogêneos estão ausentes no limite limpo e são estabilizados por esse tipo de desordem. Mostramos ainda que tais estados fundamentais induzidos pela desordem não exibem um índice de Bott médio quantizado na janela de parâmetros identificada, refletindo a ausência de uma topologia de banda global bem definida. Nossos resultados demonstram que a desordem redefine de forma fundamental a competição entre setores de fluxo em sistemas de Kitaev, estabilizando estados de líquido quântico de spin heterogêneos além do paradigma limpo e topologicamente caracterizado.
Neste trabalho estudamos o Modelo de Heisenberg Antiferromagnéico Anisotrópico de spin-1 com interações entre primeiros (J1 ao longo das linhas e J01 ao longo das colunas) e segundos vizinhos (J2 ao longo das diagonais) numa rede quadrada. Aplicamos inicial- mente o método da teoria de ondas de spin linear (LSWT) para estudar o comportamento da transição de fase quântica (T=0) e comparamos os resultados qualitativos com os valores obtidos para o modelo J1 J01 J2, onde exploramos os dois casos de spin-1/2 e spin-1. Analisamos o diagrama de fase no plano ( J01 =J1) versus ( J2=J1). No caso de spin-1/2 os resultados não são satisfatórios na região de pequeno valor de , onde a região desordenada está presente para qualquer valor de em contradição com outros resultados disponíveis na literatura que apresenta a fase desordenada para > 1, enquanto que para < 1 temos ausência desta fase desordenada com uma transição de fase direta de primeira ordem entre as fases antiferromagnética (AF) e colinear antifer-romagnética (CAF). O estado AF (estado de Néel) é caracterizado por spins orientados antiparalelamente sobre toda a rede quadrada. No caso do estado CAF, os spins estão orientados paralelamente em colunas e alternados em sentidos opostos entre cadeias na horizontal. No caso de spin-1 apenas disponibilizamos de um resultado na literatura, que foi obtido anos atrás por Bishop e colaboradores usando o método do cluster acoplado (CCM), no qual demonstram não existir a fase desordenada intermediária, nem mesmo para = 1, apresentando apenas transições de primeira ordem ( < 1) e segunda ordem ( > 1) com presença de um ponto tricrítico. Por outro lado, nossos resultados de ondas de spin mostram um diagrama de fase qualitativamente similar aos encontrados por outros métodos no caso de spin-1/2. Diante desta controvérsia dos resultados encontrados no spin-1, usando CCM e ondas de spin linear, iremos aplicar a técnica dos operadores de Sachdev (operadores de enlace). Nossos resultados indicam que temos a fase desordenada intermediária para qualquer valor de > 0.
Neste trabalho definimos três modelos de escadas de spin integráveis novos que correspondem a variações de um modelo de escada de spin baseado na simetria SU(4). Os modelos são exatamente solúveis através do método do ansatz de Bethe e as equações do ansatz de Bethe, os autovalores de energia e o gap de spin são derivados e propriedades físicas interessantes são discutidas. Inicialmente apresentamos um modelo de escada de spin integrável que possui um parâmetro livre além do acomplamento ao longo dos degraus. Determinamos a dependência do parâmetro anisotrópico na transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap. Nós também mostramos que o modelo é um caso especial de uma Hamiltoniana mais geral que possui três parâmetros livres. A susceptibilidade magnética em função da temperatura é obtida numericamente e sua dependência no parâmetro anisotrópico é determinada explicitamente. Uma comparação entre o gap de spin obtido através da curva de susceptibilidade magnética e aquele obtido das equações do ansatz de Bethe é feita e uma boa concordância encontrada. A conexão com alguns compostos é apresentada e mostramos que os nossos resultados ajustam bem a curva da susceptibilidade magnética dos compostos KCuCI3, CU2(C5H12N2hC14e (C5H12NhCuBr4. A seguir nós propomos dois tipos diferentes de modelos integráveis com impurezas. Mostramos em ambos os casos que uma transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap ocorre para um valor crítico do acoplamento ao longo dos degraus. Além disso, a dependência das impurezas na transição de fase é determinada explicitamente. Em um dos modelos o gap diminui com o aumento da intensidade da impureza A. E, fixando a intensidade de impureza A, é observada uma redução do gap com o aumento da concentração de impurezas. Este resultado está qualitativamente de acordo com resultados experimentais.
Resumo Neste trabalho estudamos sistemas de elétrons fortemente correlacionados não homogêneos.Uma superrede de líquidos de Luttinger composta por um arranjo periódico de dois líquidos de Luttinger diferentes é considerada e encontramos que suas propriedades são uma mistura das propriedades dos líquidos constituintes dependendo da proporção espacial em que estejam.O peso de Drude é dado pelo produto da velocidade efetiva de carga e o expoente de correlação efetivo de carga, como no caso homogêneo.As leis de escala entre os expoentes nas funções de correlação não são alteradas pela estrutura da superrede.As propriedades de baixa energia de uma superede de Hubbard unidimensional (arranjo periódico de duas cadeias de Hubbard com acoplamentos e/ou hoppings diferentes) e uma superrede de spins (arranjo periódico de duas cadeias XXZ de spin-1 2 com parâmetros de anisotropia diferentes) são descritas em termos de uma superrede de líquidos de Luttinger.Para as superedes de Hubbard encontramos que o estado fundamental apresenta várias fases: metálicas e isolantes, as últimas sem gap (compressíveis).As superredes de spin apresentam platôs na magnetização que dependem da proporção espacial em que estejam as cadeias.vii viii O modelo de Wol é generalizado e estudado via bosonização.Uma análise de grupo de renormalização é feita e, até primeira ordem, três fases são encontradas: condutor de carga e isolante de spin, condutor perfeito e isolante perfeito.Em segunda ordem, linhas de pontos xos instáveis são encontradas.