dc.contributor
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
dc.contributor.author
Yuste Roca, Abel Vicenç
dc.date.accessioned
2019-02-08T06:54:23Z
dc.date.available
2019-02-08T06:54:23Z
dc.date.issued
2018-10-30
dc.identifier.isbn
9788449083167
en_US
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/10803/665539
dc.description.abstract
El meu doctorat està dedicat a analitzar transicions de fases quàntiques de
naturalesa exòtica en sistemes fortament correlacionats descrits per Hamiltonians
de spin. D’una banda, m’he centrat en l’estudi de transicions de fase
quàntiques localitzades a prop de punts multicr ı́tics. Aquests punts són particularment
patològics ja que diverses fases quàntiques coexisteixen en una
petita regió de paràmetres del Hamiltonià. Aquest fet, tal i com argumentaré
al llarg de la tesis, condiciona palesament les propietats mostrades pel
sistema fortament correlacionat. De l’altre, també he investigat transicions
de fase quàntiques cap a lı́quids de spin quàntics que són fases exòtiques de la
matèria que apareixen en alguns sistemes frustrats. Aquestes fases es situen
a l’avantguarda de la recerca en matèria condensada ja que són, teòrica i
experimentalment, molt difı́cils de caracteritzar.
La recerca presentada es pot dividir en tres parts. La primera part tracta
sobre comportaments insòlits que pateix l’entrellaçament quàntic, més conegut
com a entanglement, en algunes cadenes de spin. La rellevància de les
fluctuacions quàntiques creix en baixes dimensions i per tant els sistemes
unidimensionals ofereixen un bon ventall de possibilitats per analitzar el paper
de les fluctuacions quàntiques en transicions de fase quàntiques. Alguns
càlculs han estat realitzats en models de spin-1/2 i d’altres en sistemes de
spin-1. La segona part de la meva tesis tracta de sistemes quàntics frustrats
i, particularment, de la presència de lı́quids de spin. La frustració reflecteix
la impossibilitat de satisfer simultàniament totes les restriccions imposades
per alguns Hamiltonians. És una propietat intrı́nseca d’alguns sistemes fortament
correlacionats, com ara els gels clàssic de spins o models quàntics
antiferromagnètics en 2D. Aquesta incompatibilitat fa que sovint sigui molt
difı́cil minimitzar-ne l’energia per a trobar l’estat fonamental. Molts sistemes
frustrats s’ordenen a baixes, o inclús zero, temperatures però també hi ha
estats que no s’ordenen i que queden fora de la teoria de les transicions de
fase de Landau, presentant aixı́ una estructura subjacent extraordinària. Els
lı́quids de spin pertanyen a aquest segon tipus. El meu enfocament per a
estudiar-los ha consistit en desenvolupar un nou mètode numèric fent servir
unes condicions de contorn degudament dissenyades. Això m’ha permès
detectar-ne inequı́vocament algunes de les empremtes caracterı́stiques de la
seva naturalesa. L’última part de la meva recerca l’he dedicada a descriure i
analitzar models frustrats de spin quàntics mitjançant una tècnica anomenada
modified spin wave theory. L’ús d’aquesta tècnica analı́tica m’ha permès
contrastar l’aplicació i validesa de l’enfocament numèric que he desenvolupat
i també m’ha permès aprofundir en l’estudi dels lı́quids de spin.
Finalment, voldria mencionar que la primera i tercera part de la meva
tesis va ser principalment duta a terme durant els mesos que vaig passar com
a investigador predoctoral visitant a la Queen’s University of Belfast (Regne
Unit) en el grup del Dr. G. de Chiara al 2016 i a la Universität Heidelberg
(Alemanya) en el grup del Junior Prof. P. Hauke l’any 2018 respectivament.
en_US
dc.description.abstract
My Ph.D. is devoted to the analysis of some exotic quantum phase transitions arising
in strongly correlated systems described by spin Hamiltonians.
On the one hand, my studies have focused on quantum phase transitions occurring
close to multicritical points. These points are particularly pathological since several
quantum phases coexist in a narrow range of Hamiltonian parameters. This fact, as I
will discuss in this thesis, has strong effects on the properties displayed by the
strongly correlated system. On the other hand, I have also analyzed quantum phase
transitions leading to quantum spin liquids which are novel phases of matter
occurring in some frustrated systems. These phases are at the forefront of condensed
matter research since their characterization remains very elusive both experimentally
and theoretically.
The research presented here can be split into three different parts. The first part deals
with the unusual behavior of bipartite entanglement in some quantum spin chains.
The role of quantum fluctuations is enhanced in low dimensions, and thus 1D
systems offer a plethora of possibilities to analyze the role of quantum fluctuations in
quantum phase transitions. Some studies have been carried out for spin-1/2 models,
while others have been realized for spin-1 systems.
The second part of my thesis covers disordered frustrated quantum systems and, in
particular, the presence of quantum spin liquids. Frustration reflects the impossibility
of fulfilling simultaneously all constraints posed by some Hamiltonians. It is an
inherent property of some strongly correlated systems, e.g., classical spin ice models
or 2D quantum antiferromagnets. Such incompatibility often translates into a severe
problem of energy minimization when finding the ground state of the system. Many
frustrated systems order at zero or low temperatures but there also states that do not
order and lay beyond the Landau theory of phase transitions presenting a fascinating
underlying structure. Quantum spin liquids belong to this last type. My approach to
address their study has been to develop a new numerical method using engineered
boundary conditions. Such approach has allowed me to obtain some unambiguous
signatures about the nature of some quantum spin liquids.
The last part of my thesis is devoted to describe and analyze frustrated quantum spin
models by means of modified spin wave theory. The use of such analytical tool has
allowed me to asses the performance and validity of the numerical approach I have
developed as well as to deepen my understanding of quantum spin liquids.
Finally, I would like to mention that the first and third part of my thesis were mostly
developed during the months I spent as a Ph.D. research visitor at Queen's University
of Belfast (UK) on the group of Dr. G. de Chiara in 2016, and at the Universität
Heidelberg (Germany) in the group of Junior Prof. P. Hauke in 2018 respectively.
en_US
dc.format.extent
169 p.
en_US
dc.format.mimetype
application/pdf
dc.language.iso
eng
en_US
dc.publisher
Universitat Autònoma de Barcelona
dc.rights.license
L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.uri
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
*
dc.source
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
dc.subject
Entrellaçament
en_US
dc.subject
Entrelazamiento
en_US
dc.subject
Entanglement
en_US
dc.subject
Transició fase quàntica
en_US
dc.subject
Transición de fase cuántica
en_US
dc.subject
Quantum phase transition
en_US
dc.subject
Correlacions quàntiques
en_US
dc.subject
Correlaciones cuánticas
en_US
dc.subject
Quantum correlations
en_US
dc.subject.other
Ciències Experimentals
en_US
dc.title
A theoretical study on some exotic quantum phase transitions
en_US
dc.type
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.contributor.authoremail
abelcech@gmail.com
en_US
dc.contributor.director
Sanpera Trigueros, Anna
dc.embargo.terms
cap
en_US
dc.rights.accessLevel
info:eu-repo/semantics/openAccess