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<i>j</i> = 3/2 Quantum spin-orbital liquids (2018)

  • Authors:
  • Autor USP: NATORI, WILLIAN MASSASHI HISANO - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FCM
  • Subjects: FÍSICA MODERNA; TEORIA DE CAMPOS; ESPALHAMENTO; SPIN
  • Keywords: Espalhamento de raios-x inelástico ressonante; Heavy ion Mott insulators; Isolantes de Mott baseados em íons pesados; Líquidos spin-orbitais quânticos; Método de Monte Carlo Variacional; Parton mean-field theory; Quantum spin orbital liquids; Resonant inelastic x-ray scattering; Teoria de campo médio com partons; Variational Monte Carlo
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Líquidos de spin quânticos (QSLs) são sistemas fortemente correlacionados que apresentam fenômenos fascinantes como emaranhamento de longo alcance e excitações fracionárias. A pesquisa a respeito destes estados seguiu tendências geradas pela síntese de novos compostos e construção de novas técnicas teóricas desde seu princípio. Coerentemente com essa história, uma variedade de novos resultados a respeito de líquidos de spin foram estabelecidos na última década graças a estudos feitos sobre o modelo integrável de Kitaev na rede colmeia. Este modelo de spins j = 1/2 apresenta interações de troca anisotrópicas e direcionalmente dependentes que são essenciais para estabilizar um estado fundamental do tipo QSL com férmions de Majorana e campo de gauge Z2 emergente. Ainda mais interessante, este modelo é relevante para se entender o magnetismo de uma certa classe de isolantes de Mott baseados em metais de transição na configuração 4/5d5 em redes específicas, degenerescência orbital t2g e acoplamento spin-órbita forte (SOC). Esse mecanismo que define os chamados materiais do tipo Kitaev podem ser aplicados a compostos baseados em metais de transição em configurações eletrônicas diferentes. Nesta tese, eu investigo modelos mínimos para dois tipos de isolantes de Mott do tipo 4/5d1: os que se apresentam na estrutura perovskita dupla ordenada (ODP) e os isostruturais aos materiais do tipo Kitaev. Seus modelos efetivos genericamente apresentam interações multipolares anisotrópicas edirecionalmente dependentes de um momento angular efetivo j = 3/2. Estes graus de liberdade são convenientemente escritos em termos de operadores de pseudospin s e pseudo-orbital &tau; semelhantes a operadores de spin e orbital de modelos do tipo Kugel-Khomskii com orbitais duplamente degenerados. A despeito da anisotropia, esses dois modelos realísticos apresentam simetrias globais contínuas no limite de acoplamento de Hund nulo que incrementam flutuações quânticas e possivelmente estabilizam uma fase do tipo QSL. A teoria de campo médio com partons foi usada para propor QSLs fermiônicos que serão chamados de líquidos spin-orbitais quânticos (QSOLs) devido à dependência deles com s e &tau;. Em ODPs, eu estudei um líquido de spin quiral com excitações do tipo férmion de Majorana e um espectro sem gap caracterizado por linhas nodais ao longo das arestas da zona de Brillouin. Essas linhas nodais são defeitos topológicos de uma conexão de Berry não-abeliana e o sistema apresenta estados de superfície dispersivos. Várias respostas experimentais foram calculadas para o QSOL quiral dentro da aproximação de campo médio e comparadas com os dados experimentais disponíveis para o candidato a líquido de spin Ba2YMoO6. Além disso, baseado em uma análise de simetria, discuto os operadores envolvidos nas amplitudes de espalhamento de raios-x ressonante para isolantes de Mott na configuração 4/5d1 e mostro que seções de choque de RIXS permitem estudar seletivamente os graus de liberdadede pseudospins e pseudo-orbitais. Para o caso particular do líquido spin-orbital quiral, essas seções de choque nos fornecem informações sobre o espectro de diferentes sabores de férmions de Majorana. Esse modelo possui uma simetria SU(4) emergente que é tornada explícita através de uma transformações de Klein nos graus de liberdade de pseudospin. Sabe-se que este modelo estabiliza um QSOL na rede colmeia, o que instigou uma investigação de QSOLs na generalização desta rede em três dimensões. A teoria de campo médio com partons foi usada novamente para propor estes líquidos quânticos, e o método de Monte Carlo Variacional (VMC) foi usado para calcular as energias das funções de onda projetadas. Os resultados numéricos mostraram que o QSOL de menor energia corresponde a um estado de fluxo-zero com superfície de Fermi envolvendo partons fermiônicos de quatro cores. Cálculos adicionais com VMC também demonstraram que este estado é estável à formação de ordem de plaquetas (tetramerização). A energia deste QSOL é altamente competitiva mesmo quando perturbações induzidas pelo acoplamento de Hund são incluídas, o que é mostrado através da comparação com estados ordenados simples. Extensões e perspectivas para trabalhos futuros são discutidas no final desta tese
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 17.08.2018
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    • ABNT

      NATORI, Willian Massashi Hisano; PEREIRA, Rodrigo Gonçalves. <i>j</i> = 3/2 Quantum spin-orbital liquids. 2018.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2018. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-25092018-161836/ >.
    • APA

      Natori, W. M. H., & Pereira, R. G. (2018). <i>j</i> = 3/2 Quantum spin-orbital liquids. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-25092018-161836/
    • NLM

      Natori WMH, Pereira RG. <i>j</i> = 3/2 Quantum spin-orbital liquids [Internet]. 2018 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-25092018-161836/
    • Vancouver

      Natori WMH, Pereira RG. <i>j</i> = 3/2 Quantum spin-orbital liquids [Internet]. 2018 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-25092018-161836/


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