L'étude du modèle Ashkin-Teller (ATM) du spin-3/2 sur un réseau cubique est effectuée par la simulation de Monte Carlo (MC). Les diagrammes de phase sont affichés et discutés dans l'espace de paramètres physiques. Des propriétés physiques riches sont récupérées, comme la transition du second ordre et les points multicritiques. Les diagrammes de phase ont étés obtenus en faisant varier l'interaction 4spins et le champ cristallin. Ce modèle montre une nouvelle phase partiellement ordonné à haute température, appelé et une nouvelle phase Baxter 3/2 qui n’existe pas ni dans l'ATM de spin-1/2, ni dans le spin-1 ATM.
L'étude du modèle Ashkin-Teller (ATM) du spin-3/2 sur un réseau cubique est effectuée par la simulation de Monte Carlo (MC). Les diagrammes de phase sont affichés et discutés dans l'espace de paramètres physiques. Des propriétés physiques riches sont récupérées, comme la transition du second ordre et les points multicritiques. Les diagrammes de phase ont étés obtenus en faisant varier l'interaction 4spins et le champ cristallin. Ce modèle montre une nouvelle phase partiellement ordonné à haute température, appelé et une nouvelle phase Baxter 3/2 qui n’existe pas ni dans l'ATM de spin-1/2, ni dans le spin-1 ATM.
La these traite les transitions de phase dans des systemes de spins avec interaction en competition par la simulation monte carlo (mc) avec la technique de l'histogramme. Les exposants critiques ont ete calcules a partir des lois d'echelle en taille finie. La premiere partie est consacree aux effets de la frustration dans le modele xy. L'etude des diagrammes de phase et la nature des transitions ont ete menees successivement sur le reseau triangulaire antiferromagnetique (3d), le reseau en damier (3d) et le reseau carre (2d). Parmi les resultats obtenus, on note, suivant le parametre de frustration, la mise en evidence des phases reentrantes paramagnetiques et des phases partiellement ordonnees pour le reseau en damier. Pour le modele xy completement frustre a 2d, la nature de la transition de phase a fait l'objet de plusieurs etudes analytiques et numeriques. Les resultats que nous avons obtenus montrent qu'il existe une seule transition contrairement au scenario qui prevoit deux transitions distinctes discute dans la litterature. De plus, les valeurs des exposants critiques, associes a la symetrie z 2, suggerent que la transition est dans le modele couple d'ising-xy. La deuxieme partie concerne un modele a spins d'ising sur des atomes en interaction elastique et magnetique. L'interet de ce modele est l'etude de l'effet du couplage magnetoelastique sur le comportement critique du systeme en fonction de l'intensite relative des forces magnetique et elastique. A forte interaction elastique, on retrouve la classe d'universalite d'ising, mais a faible interaction elastique, les calculs des histogrammes mc montrent que la transition est associee a des spins xy. Quand les interactions sont comparables, une nouvelle phase est obtenue, elle est due essentiellement a des contractions des paires de spins antiferromagnetiques.
D ans cette présente thèse de doctorat et dans le but de découvrir le comportement magnétique des matériaux en fonction de di érents paramètres extérieurs, nous avons proposé quelques modèles de spin sur réseaux pour l’étude. Pour ce fait, nous avons donné en détails, dans le premier chapitre, l’origine du magnétisme dans les di érents matériaux et leur comportement en fonction du changement des paramètres. Dans le second chapitre, nous avons mis l’accent sur un phénomène extraordinaire qui se manifeste au niveau des matériaux qui est la transition de phase. Cette dernière n’est qu’un changement d’état subi à cause des modifications au niveau des paramètres. Nous avons cité les di érentes classifications des transitions de phase notamment la théorie d’Ehrenfest et celle de Landau. Nous avons donné un peu d’intérêt à la deuxième classification avec plus de détails. Nous avons présenté aussi les phénomènes tricritiques qui mènent au calcul des di érents exposants critiques. Nous avons expliqué aussi la notion des classes d’universalité auxquelles appartiennent les di érents systèmes étudiés. Dans le troisième chapitre, nous avons présenté notre travail de fond. Nous avons défini le modèle à étudier à savoir le modèle de Blume-Emery-Gri ths. nous avons donné un aperçu sur les méthodes qu’on a utilisé à citer la méthode de Monte-Carlo et la méthode (finite size scaling) TMFSS basée sur la matrice de transfert. Ces méthodes ont montré leurs preuves dans plusieurs études antérieures. Le diagramme de phase obtenu, riche avec ses caractéristiques, exhibe une ligne de transition de second ordre. Nous avons justifié la présence des di érentes phases par étude numérique de l’évolution thermique de l’aimantation du système, du moment quadrupolaire et du moment octupolaire. Les résultats sont en accord avec ceux des états fondamentaux. En utilisant la méthode de la matrice de transfert, nous avons étudié le comportement critique du système. Nous avons calculé l’exposant critique pour quelques valeurs des constantes d’interaction. Le quatrième chapitre a été consacré à l’étude des états fondamentaux de deux modèles importants. Le premier est le modèle de Blume-Emery-Gri ths à spin-1. Les interactions sont antiferromagnétiques avec le premier plus proche voisin. Nous avons considéré un système triangulaire avec sa particularité de frustration. Nous avons fait une étude analytique qui nous a donné les énergies des di érentes configurations. Une étude numérique nous a montré les phases les plus stables qu’on a représenté sur un diagramme de phase. Le deuxième modèle était le modele de Blume-Capel à spin-3/2 sur un réseau carré. Nous avons suivi les mêmes étapes d’étude. Comme perspective, il serait intéressant de compléter les deux derniers travaux par des études numériques. Nous prévoyons utiliser les deux méthodes exactes à savoir la méthode de Monte-Carlo et celle de la matrice de transfert. Nous essayerons de calculer les di érents exposants critiques et de déterminer leur classe d’universalité.
L'objet de cette these est l'etude des transitions de phase dans les modeles de spins xy desordonnes. Les outils numeriques que nous avons utilises sont la methode monte carlo et la methode de groupe de renormalisation de paroi de domaine. Les resultats que nous avons obtenus sont le fruit de simulations realisees a partir de codes originaux mis au point sur machines paralleles. Le premier type de modele que nous avons etudie est un modele a desordre de liaisons : le modele bimodal ou regne une competition des interactions de signe aleatoire gele entre premiers voisins. Une etude monte carlo suivie d'une analyse d'echelle de taille finie nous a permis de determiner le diagramme de phase du modele en dimension 2 ainsi que l'ensemble de ses exposants critiques. Dans la region de desordre fort, les transitions de verre de spin et de verre chiral qui se produisent a temperature nulle, sont decouplees. Dans le cas du modele tridimensionnel a desordre maximum, nous avons grace a l'apport d'un algorithme tres efficace de recherche de l'etat fondamental, obtenu des resultats d'energies de defaut de paroi de domaine qui montrent que la transition de verre chiral se produit a temperature finie et que la transition de verre de spin se produit probablement a temperature tres faible. Nos resultats montrent que la dimension critique inferieure du modele est proche de 3. Le deuxieme type de modele aborde est un modele ou le desordre est introduit par l'existence de dephasages aleatoires geles entre les spins. Par une utilisation poussee de l'hypothese d'universalite, nous avons confirme une recente theorie qui exclu l'existence d'une phase reentrante dans le cas bidimensionnel. Ainsi, la phase kosterlitz-thouless est stable jusqu'a temperature nulle en dessous du desordre critique. En dimension 3, nous avons montre par une etude de groupe de renormalisation de paroi de domaine que la transition de verre de spin a lieu a temperature finie.
Les travaux présentés dans cette thèse concernent l'étude des systèmes magnétiques sous champ pour lesquels une frustration, géométrique ou due à des interactions en compétition, est présente. Nous avons pour cela considéré différents types de modèles en basses dimensions, où les effets des fluctuations quantiques sont renforcés et permettent ainsi l'apparition de nouvelles phases quantiques intéressantes. Ce travail est organisé en trois parties, chacune d'entre elles correspondant à l'étude d'un modèle particulier. Dans les deux premières, nous nous intéressons à deux modèles unidimensionnels de tubes de spin, respectivement composés de trois et quatres chaînes de spin, que nous abordons à l'aide de plusieurs techniques analytiques et numériques. Nous montrons comment, au-delà de la présence de plateaux d'aimantation, une physique riche peut émerger, avec notamment le rôle des modes non magnétiques pour le premier modèle ou, pour le second, les conséquences d'une dégénérescence continue au niveau classique sur le diagramme de phases quantiques. Dans la troisième partie, nous étudions par des simulations de Monte-Carlo Quantique un modèle possédant une anisotropie de spin sur le réseau bidimensionnel Kagomé, proposé pour la recherche de phases topologiques. Nous obtenons le diagramme de phases sur un des plateaux d'aimantation de ce modèle, et utilisons cet exemple pour discuter la pertinence de l'utilisation des entropies d'intrication comme outil d'identification de différentes phases dans des simulations numériques.
Les systèmes fortement corrélés, pouvant adopter des phases surprenantes de la matière, émergent dans le domaine des atomes ultra-froids ou dans celui de l’électrodynamique quantique en cavité (CQED). Ceux-ci sont au centre d’intenses travaux expérimentaux et théoriques. Dans cette thèse, nous présentons une étude de deux modèles de bosons avec deux ou zéro états internes. Ceux-ci peuvent se déplacer sur un réseau, et sont localement couplés avec des spins 1/2. Notre intérêt réside dans la détermination du diagramme de phase de l’état fondamental de ces systèmes ainsi que de l’étude des propriétés de phase et des transitions entre ces dernières. Nous avons utilisé deux outils : une approximation de champ moyen et des simulations de Monte-Carlo quantique, qui fournit des résultats numériquement exacts. Le premier modèle, appelé modèle de Kondo bosonique sur réseau, s’inscrit dans le contexte des atomes ultra-froids sur réseau. Nous trouvons que sa physique est proche de celle du modèle de Bose-Hubbard, présentant des phases de Mott et superfluide. Le couplage local renforce le caractère isolant et on observe l’émergence de phases magnétiques au travers de couplage direct ou indirect entre bosons et/ou spins. Les effets thermiques, inhérents à tout dispositif expériemental, sont aussi étudiés. Le second modèle s’inscrit dans le domaine de la CQED sur réseau, décrit un régime de couplage ultra-fort entre des photons et des atomes, et est appelé modèle de Rabi sur réseau. Le diagramme de phase présente juste deux phases : une phase cohérente dans laquelle les spins locaux s’ordonnent ferromagnétiquement ainsi qu’une phase incohérente compressible paramagnétique
Les diagrammes sont omniprésents en physique et ont catalysé le progrès à de nombreuses reprises. Des réseaux tensoriels aux circuits quantiques en passant par les diagrammes de Feynman, rares sont les domaines de la physique qui ne font pas appel à un raisonnement informel par l'image. Ces diagrammes représentent les opérations mathématiques sous-jacentes et facilitent l'interprétation physique, mais ne peuvent généralement pas être calculés directement. Dans cette thèse, le ZXH-calcul, un langage graphique basé sur le ZX-calcul, est proposé comme prototype d'un outil de calcul diagrammatique formel pour la physique théorique impliquant le spin. Cela permet d'étendre le calcul ZXH (et plus largement la famille de calculs ZX à laquelle il appartient) au-delà de son domaine traditionnel qui a été largement dominé par l'informatique quantique. Pour ce faire, les réseaux de spin issus de la physique de la matière condensée sont étudiés. Il est également montré comment les réseaux de spins de la forme souvent considérée comme l'espace d'état de la gravité quantique à boucles (LQG) peuvent être diagrammatisés avec les opérateurs qui agissent sur eux.Pour y parvenir, une forme diagrammatique de la théorie des représentations SU(2) est exposée. Un certain nombre de résultats sont ensuite présentés dans la matière condensée. L'état 1D AKLT, un état topologique protégé par symétrie, est exprimé dans le calcul ZXH en développant une représentation des spins supérieurs à 1/2 dans le calcul. En exploitant le pouvoir de simplification des règles du calcul ZXH, on montre comment cette représentation permet de retrouver directement la représentation de l'état AKLT par produit de matrice, l'existence d'états de bord topologiquement protégés et la non-vanie d'un paramètre d'ordre de chaîne. Au-delà de ces propriétés connues, l'approche diagrammatique permet également de dériver analytiquement que la phase de Berry de toute chaîne AKLT 1D de longueur finie est π. En outre, une preuve alternative que l'état AKLT 2D sur un réseau hexagonal peut être réduit à un état de graphe, démontrant qu'il s'agit d'une ressource universelle de calcul quantique. En continuant sur le thème de la matière condensée, on montre ensuite comment on peut construire des phases topologiques d'ordre supérieur en 2D de manière schématique, ce qui est utilisé pour illustrer une transition de phase avec rupture de symétrie.En ce qui concerne la LQG, la première étape est l'analyse des diagrammes de Yutsis, un calcul graphique standard utilisé en chimie quantique et en gravité quantique, qui capture les principales caractéristiques de la théorie des représentations SU(2). Ensuite, on montre comment il s'intègre dans le calcul de binor de Penrose. Les deux sont ensuite subsumés et réécrits en diagrammes ZXH. Dans ce processus, nous montrons comment l'invariance SU(2) des symboles de Wigner peut être prouvée de manière triviale dans le calcul ZXH. En outre, nous montrons comment nous pouvons calculer explicitement les symboles 3jm, 4jm et 6j dans le diagramme. On pense depuis longtemps que la gravité quantique devrait être étroitement liée à la théorie de l'information quantique. Dans cet article, nous présentons une façon de rendre cette connexion exacte, en écrivant les réseaux de spin de la gravité quantique à boucles dans le langage ZX-diagrammatique du calcul quantique. Enfin, après avoir exposé les raisons de considérer les réseaux de spins comme la quantification de l'espace, nous discutons des opérateurs géométriques et, dans des cas spécifiques, nous fournissons des versions diagrammatiques des opérateurs. Plus généralement, ce qui est fait ici montre une voie par laquelle LQG peut être interprété en termes d'information quantique en réécrivant ses états cinématiques comme des réseaux de qubits dans ZXH.