Processos de magnetização e emaranha-mento quântico no tubo triangular de Spins -½ frustrados.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alécio, Raphael Cavalcante
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Texto Completo: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1798
Resumo: This thesis is dedicated to the analytical and numerical study of quantum entanglement and nonlocality in strongly correlated quantum spin tube models in connection with various thermodynamic properties and magnetization processes. More specifically, the study builds on the analysis of the behavior of these physical quantities within a particular spinning network that includes competitive interactions and quantum fluctuations known as a three-leg spins ladder or triangular spin tube, due to the periodic boundary conditions imposed on the three spins that form the Heisenberg steps of this network. In systems with this structure described above, magnetization plateaus are formed due to the competition imposed by the geometric frustration that the network imposes on the spins and the applied external field. Such competition is the mechanism that defines the orientation of the magnetic domains that the network will present, which within specific regions of the network parameters space create regions where there is a discontinuous response of local magnetization to external field variations, such regions are known as magnetization plateaus. To evaluate the frustrated spin- ½ Ising-Heisenberg triangular tube consisting of a spin tube formed by triangular unit cells with 3 spins-½ interconnected by Heisenberg couplings between neighboring first spins and the pairs of neighboring first spins belonging to the different cells have their interaction intermediated through classical Ising couplings, an exact analytical procedure, known as a transfer-matrix technique, was used to obtain the analytical solutions for various thermodynamic properties of the model, including magnetization, specific heat and magnetization profiles. These quantities were evaluated as a function of temperature, external magnetic field and the relevant couplings. However, it was necessary to apply a different methodology to obtain thermodynamic measurements for the other model proposed in this thesis: the frustrated spin- ½ Heisenberg triangular tube, which consists of a spin tube with similar structure to the previous one, except that the pairs of the first neighboring spins belonging to the different cells interact through Heisenberg-type quantum connections. In this case, a numerical procedure known as the quantum density matrix renormalization group method, known as DMRG, is used to obtain the ground state diagrams, magnetization processes, and bipartite quantum entanglement of the Heisenberg triangular tubes as a function of the external magnetic field and the relevant couplings. In both models, the magnetization curves exhibit discontinuous magnetization jumps and intermediate plateaus due to discontinuous phase transitions induced by the external field, These transitions are also reflected in the exotic behavior of some thermodynamic quantities of the models, such as the presence of a striking low temperature peak for the specific heat curve and a highlighted magnetocaloric effect.
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More specifically, the study builds on the analysis of the behavior of these physical quantities within a particular spinning network that includes competitive interactions and quantum fluctuations known as a three-leg spins ladder or triangular spin tube, due to the periodic boundary conditions imposed on the three spins that form the Heisenberg steps of this network. In systems with this structure described above, magnetization plateaus are formed due to the competition imposed by the geometric frustration that the network imposes on the spins and the applied external field. Such competition is the mechanism that defines the orientation of the magnetic domains that the network will present, which within specific regions of the network parameters space create regions where there is a discontinuous response of local magnetization to external field variations, such regions are known as magnetization plateaus. To evaluate the frustrated spin- ½ Ising-Heisenberg triangular tube consisting of a spin tube formed by triangular unit cells with 3 spins-½ interconnected by Heisenberg couplings between neighboring first spins and the pairs of neighboring first spins belonging to the different cells have their interaction intermediated through classical Ising couplings, an exact analytical procedure, known as a transfer-matrix technique, was used to obtain the analytical solutions for various thermodynamic properties of the model, including magnetization, specific heat and magnetization profiles. These quantities were evaluated as a function of temperature, external magnetic field and the relevant couplings. However, it was necessary to apply a different methodology to obtain thermodynamic measurements for the other model proposed in this thesis: the frustrated spin- ½ Heisenberg triangular tube, which consists of a spin tube with similar structure to the previous one, except that the pairs of the first neighboring spins belonging to the different cells interact through Heisenberg-type quantum connections. In this case, a numerical procedure known as the quantum density matrix renormalization group method, known as DMRG, is used to obtain the ground state diagrams, magnetization processes, and bipartite quantum entanglement of the Heisenberg triangular tubes as a function of the external magnetic field and the relevant couplings. In both models, the magnetization curves exhibit discontinuous magnetization jumps and intermediate plateaus due to discontinuous phase transitions induced by the external field, These transitions are also reflected in the exotic behavior of some thermodynamic quantities of the models, such as the presence of a striking low temperature peak for the specific heat curve and a highlighted magnetocaloric effect.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorEsta tese é dedicada ao estudo analítico e numérico do emaranhamento quântico e não localidade em modelos de tubos de spin quânticos fortemente correlacionados, em conexão com diversas propriedades termodinâmicas e processos de magnetização. Mais especificamente, o estudo se alicerça na análise do comportamento dessas grandezas físicas dentro de uma rede de spin particular que inclui interações competitivas e flutuações quânticas conhecida como escada de spins (sistema entre uma e duas dimensões) de três pernas ou tubo de spin triangular, devido às condições de contorno periódicas impostas aos três spins que formam os degraus Heisenberg desta rede. Em sistemas com essa estrutura, formam-se platôs de magnetização devido à competição imposta pela frustração geométrica que a rede impõe aos spins e o campo externo aplicado. Tal competição é o mecanismo que define a orientação dos domínios magnéticos que a rede irá apresentar, que dentro de regiões especificas do espaço de parâmetros da rede criam regiões onde há resposta descontínua da magnetização local a variações do campo externo. Tais regiões são conhecidas como platôs de magnetização. O tubo de spin- ½ de Ising-Heisenberg consiste num tubo de spin- ½ formado por células unitárias triangulares com 3 spins interligados por acoplamentos, entre os primeiros vizinhos, de Heisenberg. Entretanto os pares de spins primeiros vizinhos pertencentes à células diferentes têm interação intermediada através de ligações clássicas tipo Ising. Utilizou-se um procedimento analítico exato, conhecido como técnica da matriz de transferência, que possibilitou obter as soluções analíticas para diversas propriedades termodinâmicas do modelo, entre as quais magnetização, calor específico e perfis de magnetização. Estas foram avaliadas em função da temperatura, campo magnético externo e acoplamentos relevantes. Entretanto, se fez necessário aplicar uma metodologia diferente para se obter medidas termodinâmicas para o outro modelo proposto nesta tese: o tubo de spin- ½ de Heisenberg, que consiste num tubo de spin- ½ com estrutura semelhante ao anterior, exceto que os pares de spins primeiros vizinhos pertencentes a células diferentes tem sua interação intermediada através de ligações quânticas tipo Heisenberg. Neste caso utilizou-se um procedimento numérico do método do grupo de renormalização da matriz densidade quântica, conhecido como DMRG devido a sua denominação na língua inglesa, sendo providencial para se obter os diagramas de estado fundamental, processos de magnetização, e emaranhamento quântico do tubos triangular de Heisenberg em função do campo magnético externo e acoplamentos relevantes. Nos dois modelos, as curvas de magnetização exibem saltos descontínuos da magnetização e platôs intermediários devido a transições de fase descontínuas induzidas pela aplicação do campo externo. Estas transições também se refletem no comportamento exótico de algumas quantidades termodinâmicas destes modelos, tais como, a presença de um pico pronunciado de baixa temperatura na curva do calor específico e um efeito magnetocalórico ressaltado.Universidade Federal de AlagoasBrasilPrograma de Pós-Graduação em Física da Matéria CondensadaUFALLyra, Marcelo Leitehttp://lattes.cnpq.br/0907001903528428Pereira, Maria Socorro Seixashttp://lattes.cnpq.br/8409575009099582Santos, Raimundo Rocha doshttp://lattes.cnpq.br/4000367962697388Plascak, João Antôniohttp://lattes.cnpq.br/6754370858970456Xavier, José Candidohttp://lattes.cnpq.br/5820376810739630Alécio, Raphael Cavalcante2017-07-29T01:01:15Z2017-07-122017-07-29T01:01:15Z2017-05-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfALÉCIO, Raphael Cavalcante. Processos de magnetização e emaranha-mento quântico no tubo triangular de Spins -½ frustrados. 2017. 240 f. Tese (Doutorado em Física da Matéria Condensada) – Instituto de Física, Programa de Pós Graduação em Física da Matéria Condensada, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2017.http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1798porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL)instname:Universidade Federal de Alagoas (UFAL)instacron:UFAL2019-01-09T21:52:04Zoai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1798Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufal.br/oai/requestri@sibi.ufal.bropendoar:2019-01-09T21:52:04Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL) - Universidade Federal de Alagoas (UFAL)false
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description This thesis is dedicated to the analytical and numerical study of quantum entanglement and nonlocality in strongly correlated quantum spin tube models in connection with various thermodynamic properties and magnetization processes. More specifically, the study builds on the analysis of the behavior of these physical quantities within a particular spinning network that includes competitive interactions and quantum fluctuations known as a three-leg spins ladder or triangular spin tube, due to the periodic boundary conditions imposed on the three spins that form the Heisenberg steps of this network. In systems with this structure described above, magnetization plateaus are formed due to the competition imposed by the geometric frustration that the network imposes on the spins and the applied external field. Such competition is the mechanism that defines the orientation of the magnetic domains that the network will present, which within specific regions of the network parameters space create regions where there is a discontinuous response of local magnetization to external field variations, such regions are known as magnetization plateaus. To evaluate the frustrated spin- ½ Ising-Heisenberg triangular tube consisting of a spin tube formed by triangular unit cells with 3 spins-½ interconnected by Heisenberg couplings between neighboring first spins and the pairs of neighboring first spins belonging to the different cells have their interaction intermediated through classical Ising couplings, an exact analytical procedure, known as a transfer-matrix technique, was used to obtain the analytical solutions for various thermodynamic properties of the model, including magnetization, specific heat and magnetization profiles. These quantities were evaluated as a function of temperature, external magnetic field and the relevant couplings. However, it was necessary to apply a different methodology to obtain thermodynamic measurements for the other model proposed in this thesis: the frustrated spin- ½ Heisenberg triangular tube, which consists of a spin tube with similar structure to the previous one, except that the pairs of the first neighboring spins belonging to the different cells interact through Heisenberg-type quantum connections. In this case, a numerical procedure known as the quantum density matrix renormalization group method, known as DMRG, is used to obtain the ground state diagrams, magnetization processes, and bipartite quantum entanglement of the Heisenberg triangular tubes as a function of the external magnetic field and the relevant couplings. In both models, the magnetization curves exhibit discontinuous magnetization jumps and intermediate plateaus due to discontinuous phase transitions induced by the external field, These transitions are also reflected in the exotic behavior of some thermodynamic quantities of the models, such as the presence of a striking low temperature peak for the specific heat curve and a highlighted magnetocaloric effect.
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