Construção de líquidos de spin quirais por junções de cadeias de spin

dc.contributor.advisorPereira, Rodrigo Gonçalves
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9293110312400359pt_BR
dc.contributor.authorFerraz, Gabriel Campelo de Melo
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4860165617027764pt_BR
dc.contributor.referees1Caldeira, Amir Ordacgi
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0685340886402006pt_BR
dc.contributor.referees2Sales, Mariana Malard
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0925491332464897pt_BR
dc.contributor.referees3Araújo, Rafael Chaves Souto
dc.contributor.referees3IDpt_BR
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1509277905143351pt_BR
dc.contributor.referees4Macri, Tommaso
dc.contributor.referees4IDpt_BR
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4580166672949340pt_BR
dc.date.accessioned2021-07-20T17:02:50Z
dc.date.available2021-07-20T17:02:50Z
dc.date.issued2021-03-26
dc.description.abstractIn this thesis work, it was sought to present a new theoretical construction method of a chiral spin quantum liquid formed from Heisenberg spin chains. The spin chains, initially assembled in trios, were coupled in the form of Y junctions. In each Y junction, a chiral interaction was added between the three spins at the edges of each chain, in addition to the exchange interaction between neighbouring spins in the bulk of the chains. Through the previous study of an isolated Y junction its extension was investigated here by establishing the set of these junctions in the form of a hexagonal network of spin chains. The theoretical analysis was based on low energies using the bosonization technique and applying invariant boundary conditions to the bosonic modes or the chains’ spin currents. It was concluded, with the established chiral spin liquid, that the CSL is of the Kalmeyer-Laughlin type, which its elementary excitations correspond to spinons, fractional magnetic excitations of semonic statistics. The chiral spin liquid found is also accompanied by a quantized spin Hall conductance and edge modes at the network boundaries. The (gapped)spectrum of the spinons and the stability of the chiral liquid were studied through the backscattering perturbation between the chiral bosonic fields of neighboring hexagons and an effective tight-binding model for spinons. The theory was able to predict a phase transition when the spinon gap closes, resulting in the condensation of the spinons or the formation of a stable CSL. As a perspective, the method developed in this work can be extended to other topological phases of matter and eventually be useful in the application of topological quantum computing.pt_BR
dc.description.resumoNesse trabalho de tese, buscou-se apresentar um novo método teórico de construção de um líquido quântico de spin quiral (CSL) formado a partir de cadeias de spin de Heisenberg. As cadeias de spin, reunidas inicialmente em trios, eram acopladas na forma de junções Y. Em cada junção Y foi adicionada uma interação quiral entre os três spins das bordas de cada cadeia, além da interação de troca entre os spins vizinhos no bulk das cadeias. Através do estudo anterior de uma junção Y isolada investigou-se aqui sua extensão, estabelecendo o conjunto dessas junções na forma de uma rede hexagonal de cadeias de spin. A análise teórica foi baseada em baixas energias, através da técnica de bosonização e aplicando-se condições de contorno conforme invariantes aos modos bosônicos ou correntes de spin das cadeias. Concluiu-se que o CSL ´e do tipo de Kalmeyer-Laughlin, com suas excitações elementares correspondendo a spinons, excitações magnéticas fracionárias de estatística semiônica. O líquido de spin quiral encontrado também é acompanhado de uma condutância de spin de Hall quantizada e modos de borda nas fronteiras da rede. Estudou-se o espectro (com gap) dos spinons e a estabilidade do líquido quiral através da perturbação de backscattering entre os campos bosônicos quirais de hexágonos vizinhos, e de um modelo de tight-binding efetivo para spinons. A teoria foi capaz de prever uma transição de fase quando o gap de spinons se fecha, resultando na condensação dos spinons ou formação de um CSL estável. Como perspectiva, o método desenvolvido neste trabalho pode ser estendido para outras fases topológicas da matéria e eventualmente ser útil na aplicação de computação quântica topológica.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationFERRAZ, Gabriel Campelo de Melo. Construção de líquidos de spin quirais por junções de cadeias de spin. 2021. 127f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32907
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMatéria condensadapt_BR
dc.subjectMagnetismopt_BR
dc.subjectLíquido quântico de spinpt_BR
dc.subjectRede hexagonalpt_BR
dc.subjectMateriais topológicospt_BR
dc.subjectBosonizaçãopt_BR
dc.subjectTeoria de campo conforme de bordapt_BR
dc.titleConstrução de líquidos de spin quirais por junções de cadeias de spinpt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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