Nesta dissertação, estudamos cadeias unidimensionais antiferromagnéticas de spins 1/2 modeladas pelo Hamiltoniano de Heisenberg na presença de inomogeneidades causadas principalmente pela introdução de ligações substitucionais (defeitos nas ligações) e por efeitos de borda. Interessados então em determinar a energia do estado fundamental de sistemas com quaisquer distribuições das ligações, utilizamos o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) desenvolvido para o modelo de Heisenberg. O formalismo da DFT permite a estimativa da energia do estado fundamental de sistemas não-homogêneos conhecendo-se o sistema homogêneo. Construímos funcionais na aproximação da ligação local (LBA), proposta recentemente em analogia à já conhecida LSA (aproximação local para o spin). A obtenção dos funcionais se baseou no estudo do modelo de uma cadeia de spins em que as ligações são alternadas, isto é, a interação de troca se alterna em valor de sítio para sítio. Isso originou um funcional não-local na interação de troca da cadeia. Apesar disso, continuamos utilizando a nomenclatura LBA. Todos os resultados fornecidos pelos funcionais são comparados a dados provenientes de diagonalização numérica exata. / In this dissertation, we use the Heisenberg model to describe inhomogeneous antiferromagnetic spin 1/2 chains. The translational invariance is broken mainly due to the non-uniform distribution of bond interactions (defects) and the presence of boundaries. Interested in obtaining the ground-state energy of systems with any distribution of exchange couplings (Jij), we use the density-functional theory (DFT) formalism, developed for the Heisenberg model. The DFT formalism allows an estimate of the ground-state energy of inhomogeneous systems based on the homogeneous systems. We build functionals for the ground-state energy using a local bond approximation (LBA), recently proposed in analogy to the already known LSA (local spin approximation). To obtain the functionals we studied a model that describes an alternating chain, in which the exchange coupling alternates from site-to-site. This resulted in non-local functionals on the spin-spin exchange interaction. Nevertheless, we still call them LBA functionals. All the results from the functionals are compared with exact numerical data.

O objetivo deste trabalho foi o estudo do Ansatz de Bethe Algébrico (ABA), que é uma técnica utilizada na obtenção dos auto-estados do hamiltoniano de inúmeros modelos da Mecânica Estatística e da Teoria Quântica de Campos. Aplicamos este procedimento na diagonalização de três modelos de spins: o modelo de Heisenberg, o modelo de Heisenberg-Sklyanin e o modelo de Heisenberg-Cherednik. Na diagonalização do primeiro modelo, não foi possível encontrar todos os auto-estados do hamiltoniano através do ABA e, durante o procedimento de obtenção das expressões analíticas, nos deparamos com um conjunto de identidades inédito na literatura. A matriz de borda do modelo de Heisenberg-Sklyanin acopla o último e o primeiro sítios, generalizando o modelo anterior, e permite estabelecer uma relação limite com outros modelos integráveis. Neste caso também não conseguimos obter todos os auto-estados utilizando a técnica do ABA. Diferentemente do que ocorreu para os primeiros modelos, o de Heisenberg-Cherednik, com acoplamentos que alternam a intensidade ao longo da cadeia de spin, apresentou um conjunto completo de auto-estados quando diagonalizado pelo ABA. / The goal of this work was to study the Algebraic Bethe ansatz (ABA), which is a technique used to obtain the eigenstates of Hamiltonian of many models of Statistical Mechanics and Quantum Field Theory. We apply this procedure to diagonalize three types of spin models: the Heisenberg model, the Heisenberg-Sklyanin model and the Heisenberg-Cherednik model. On diagonalization of the …rst model, we could not …nd all the eigenstates of Hamiltonian through ABA, and during the procedure for obtaining the analytical expressions, we face an unprecedented set of identities in literature. The Sklyanin´s boundary matrix couples the fi…rst and last sites, generalizing the previous model, and provides a limit for other integrable models. In this case also did not get all eigenstates using the technique of ABA. Unlike what happened with the …rst models, the Heisenberg-Cherednik model, with alternating couplings the intensity along the spin chain, presented a complete set of eigenstates when diagonalized by ABA.

Nesta dissertação, estudamos cadeias unidimensionais antiferromagnéticas de spins 1/2 modeladas pelo Hamiltoniano de Heisenberg na presença de inomogeneidades causadas principalmente pela introdução de ligações substitucionais (defeitos nas ligações) e por efeitos de borda. Interessados então em determinar a energia do estado fundamental de sistemas com quaisquer distribuições das ligações, utilizamos o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) desenvolvido para o modelo de Heisenberg. O formalismo da DFT permite a estimativa da energia do estado fundamental de sistemas não-homogêneos conhecendo-se o sistema homogêneo. Construímos funcionais na aproximação da ligação local (LBA), proposta recentemente em analogia à já conhecida LSA (aproximação local para o spin). A obtenção dos funcionais se baseou no estudo do modelo de uma cadeia de spins em que as ligações são alternadas, isto é, a interação de troca se alterna em valor de sítio para sítio. Isso originou um funcional não-local na interação de troca da cadeia. Apesar disso, continuamos utilizando a nomenclatura LBA. Todos os resultados fornecidos pelos funcionais são comparados a dados provenientes de diagonalização numérica exata. / In this dissertation, we use the Heisenberg model to describe inhomogeneous antiferromagnetic spin 1/2 chains. The translational invariance is broken mainly due to the non-uniform distribution of bond interactions (defects) and the presence of boundaries. Interested in obtaining the ground-state energy of systems with any distribution of exchange couplings (Jij), we use the density-functional theory (DFT) formalism, developed for the Heisenberg model. The DFT formalism allows an estimate of the ground-state energy of inhomogeneous systems based on the homogeneous systems. We build functionals for the ground-state energy using a local bond approximation (LBA), recently proposed in analogy to the already known LSA (local spin approximation). To obtain the functionals we studied a model that describes an alternating chain, in which the exchange coupling alternates from site-to-site. This resulted in non-local functionals on the spin-spin exchange interaction. Nevertheless, we still call them LBA functionals. All the results from the functionals are compared with exact numerical data.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 763296 bytes, checksum: 67a8dbb32f0cc3ff0e3104d5ec7126e0 (MD5) Previous issue date: 2007-03-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Heisenberg-like spins lying on the pseudosphere (a 2- dimensional infinite space with constant negative curvature) cannot give rise to stable soliton solutions. Only fractional solutions can be stabilized on this surface provided that at least one hole is incorporated. We also address the issue of in-plane vortices, in the XY regime. Interestingly, the energy of a single vortex no longer blows up as the excitation spreads to infinity. This yields a non-confining potential between a vortex and a antivortex at large distances so that the pair may dissociate at arbitrarily low temperature. / Spins de Heisenberg que se encontram na pseudo-esfera (um espaço infinito 2- dimensional com curvatura constante e negativa) não podem gerar soluções solitônicas estáveis. Apenas soluções fracionárias podem ser estabilizadas nessa superfície desde que um furo seja feito. Dirigimo-nos também à introdução de vórtices no plano no regime XY. Interessantemente, a energia de um único vórtice não diverge quando o sistema tende ao infinito. Isso leva a um potencial não-confinante entre um vórtice e um anti-vórtice a grandes distâncias, de modo que o par possa dissociar-se a uma baixa e arbitraria temperatura.

Sistema de baixa dimensionalidade tÃm atraÃdo uma grande atenÃÃo ultimamente devido a sistemas como grafeno e nanotubos de carbono. Tais sistemas tÃm grandes possibilidades de aplicaÃÃes tecnolÃgicas, em particular na criaÃÃo de dispositivos eletrÃnicos, devido Ãs suas propriedades eletrÃnicas especÃficas. Nesse sentido, o estudos de outros sistemas em baixa dimensÃo se torna urgente. Mais especificamente, o estudo de propriedades magnÃticas de materiais de materiais em baixa dimensionalidade tambÃm trÃs grandes novidades no comportamento de sistemas ferromagnÃticos. O comportamento de ondas de spin em tais sistemas pode ser para o estudo da spintrÃnica e o desenvolvimento de novos aparelhos e memÃrias magnÃticas. Dessa forma temos como objetivo nesse trabalho estudar o comportamento de ondas de spin em sistemas bidimensionais ferromagnÃticos. Por sistemas bidimensionais consideramos aqui redes bidimensionais decoradas. As decoraÃÃes sÃo introduzidas para gerar redes com mais de um Ãtomo na base da cÃlula unitÃria da rede para estudarmos a riqueza do espectro das ondas de spin devido a essas modificaÃÃes. A princÃpio tratamos com uma superposiÃÃo de redes quadradas onde o deslocamento dessas redes depende dos parÃmetros de controle α e β. TambÃm usamos a superposiÃÃo de um rede quadrada sobre um hexagonal / Low-dimensional systems have attracted much attention lately due to systems such as graphene and carbon nanotubes. Such systems have great potential for technological applications. In particular the creation of electronic devices due to their specific electronic properties. In this sense , the study of other systems in low dimension becomes urgent. More specifically , the study of magnetic properties of materials at low dimensionality also brings great new features in the behavior of ferromagnetic systems . The behavior of spin waves in such systems may be important to the study of spintronic and the development of new devices and magnetic memories . Thus in this work we aim to study the behavior of ferromagnetic spin waves in two-dimensional systems . For two-dimensional systems we consider here two-dimensional networks decorated . The decorations are introduced to generate networks with more than one basic atom in the unit cell of the system to study the richness of the spectrum of spin waves due to these changes . At first deal with a superimposition of square networks where the displacement of these networks depends on the control parameters alpha and beta . We also use the superposition of a square on a hexagonal network.

O objetivo deste trabalho foi o estudo do Ansatz de Bethe Algébrico (ABA), que é uma técnica utilizada na obtenção dos auto-estados do hamiltoniano de inúmeros modelos da Mecânica Estatística e da Teoria Quântica de Campos. Aplicamos este procedimento na diagonalização de três modelos de spins: o modelo de Heisenberg, o modelo de Heisenberg-Sklyanin e o modelo de Heisenberg-Cherednik. Na diagonalização do primeiro modelo, não foi possível encontrar todos os auto-estados do hamiltoniano através do ABA e, durante o procedimento de obtenção das expressões analíticas, nos deparamos com um conjunto de identidades inédito na literatura. A matriz de borda do modelo de Heisenberg-Sklyanin acopla o último e o primeiro sítios, generalizando o modelo anterior, e permite estabelecer uma relação limite com outros modelos integráveis. Neste caso também não conseguimos obter todos os auto-estados utilizando a técnica do ABA. Diferentemente do que ocorreu para os primeiros modelos, o de Heisenberg-Cherednik, com acoplamentos que alternam a intensidade ao longo da cadeia de spin, apresentou um conjunto completo de auto-estados quando diagonalizado pelo ABA. / The goal of this work was to study the Algebraic Bethe ansatz (ABA), which is a technique used to obtain the eigenstates of Hamiltonian of many models of Statistical Mechanics and Quantum Field Theory. We apply this procedure to diagonalize three types of spin models: the Heisenberg model, the Heisenberg-Sklyanin model and the Heisenberg-Cherednik model. On diagonalization of the …rst model, we could not …nd all the eigenstates of Hamiltonian through ABA, and during the procedure for obtaining the analytical expressions, we face an unprecedented set of identities in literature. The Sklyanin´s boundary matrix couples the fi…rst and last sites, generalizing the previous model, and provides a limit for other integrable models. In this case also did not get all eigenstates using the technique of ABA. Unlike what happened with the …rst models, the Heisenberg-Cherednik model, with alternating couplings the intensity along the spin chain, presented a complete set of eigenstates when diagonalized by ABA.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T11:47:22Z No. of bitstreams: 1 gabrieldelimaesilva.pdf: 258088 bytes, checksum: bfc041ce4de1b43fe1a8880438b1efad (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T17:48:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gabrieldelimaesilva.pdf: 258088 bytes, checksum: bfc041ce4de1b43fe1a8880438b1efad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T17:48:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gabrieldelimaesilva.pdf: 258088 bytes, checksum: bfc041ce4de1b43fe1a8880438b1efad (MD5) Previous issue date: 2012-08-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho discutimos o modelo de Heisenberg isotrópico bidimensional do ponto de vista de sistema vinculado. Nós apresentamos este sistema como uma teoria que não tem, a princípio, invariância de calibre. O conceito de invariância de calibre é muito útil em física teórica, uma vez que permite a compreensão profunda de sistemas físicos já que permite uma escolha arbitrária de um referencial a cada instante de tempo. Na verdade, todas as teorias que descrevem as interações fundamentais são teorias de calibre. No método de Dirac todos os vínculos obtidos para o modelo de Heisenberg isotrópico bidimensional são de segunda classe, isso significa que, em princípio, o modelo não apresenta invariância de calibre. Isto será verificado através da aplicação do método simplético. Neste contexto, o potencial simplético (hamiltoniana) será obtido e para uma escolha de fator-ordenação particular, a saber, que as funções dos campos devem ficar à esquerda do operador momento, nós escrevemos a equação de Schrõdinger funcional correspondente. Esta equação não será resolvida explicitamente aqui, no entanto, isso poderia ser feito aplicando o método do cálculo funcional assim seria obtido o espetro de energias do sistema. / In this work we discuss the two-dimensional isotropic Heisenberg model from the constrained systems point of view. We present this system as a theory which has not gauge invariance. The concept of gauge invariance is very useful in theoretical physics, since it allows a deep understanding of physical systems and an arbitrary choice of a reference at each instant of time. In fact, all theories describing the fundamental interactions are gauge theories. In the method of Dirac all constraints obtained for the two-dimensional isotropic Heisenberg model are second class, this means, at first, the model has no gauge invariance. This will be checked by applying the symplectic method. In this context, the symplectic potential (Hamiltonian) will be obtained and a choice of particular factor-ordering, namely that the functions of the fields should be left to the operators, we write the associated functional equation of Schrodinger. This equation will not be solved explicitly here, however, this could be done by applying the method of functional calculation, and so we should obtain the energy spectrum of the system.

An extended Hubbard model with large short and long-ranged Coulomb repulsions and distant transfer is numerically investigated by use of the Lanczos exact diagonalization (ED) method to study the charge order and unconditional dimerization of a chain at density rho (ρ)= 0.4. From the analysis of the spin and charge correlation functions, a picture consistent with the formation of a dimer insulating state, which is of Wigner lattice-type (WL) charge order (CO), is obtained. The next-nearest neighbour (NNN) hopping t2 enhances the intradimer correlations and weakens the interdimer correlations. Implications for the CuO2 chains in Sr14Cu24O41 are discussed.We have also introduced a Heisenberg model which parametrically depends on hole positions. If the electrostatic hole-hole repulsion is included such a model allows to evaluate all energy eigenvalues and eigenstates (for small system size) and thus enables us to evaluate thermodynamic properties as function of temperature,magnetic field, and doping. Assuming certain exchange constants we can investigate the influence of the electrostatic hole-hole repulsion on ground state properties as well as on thermal averages like the magnetization which include contributions of low-lying spin-hole configurations.

As propriedades do estado fundamental do modelo de Heisenberg antiferroinagnético quântico de spin-1/2 na rede quadrada e na rede cúbica espacialmente anisotrópica são investigadas através de um novo método de Monte Carlo, baseado na estimativa do maior autovalor de uma matriz de elementos não negativos. A energia do estado fundamental e a magnetização \"staggered\" destes sistemas são calculadas em redes relativamente grandes com até 24 x 24 sítios para o caso de redes quadradas e 8 x 8 x 8 sítios para o caso de redes cúbicas. O método desenvolvido também pode ser usado como um novo algoritmo para a determinação direta da entropia de sistemas de spins de Ising através de simulações usuais de Monte Carlo. Usando este método, calculamos a entropia do antiferromagneto de Ising na presença de um campo magnético externo nas redes triangular e cúbica de face centrada. / The ground state properties of the antiferromagnetic quantum Heisenberg model with spin-112 defined on a square lattice and on a cubic lattice with spatial anisotropy are investigated through a new Monte Carlo method, based on the estimation of the largest eigenvalue of a matrix with nonnegative elements. The ground state energy and the staggered magnetization of these systems are calculated in relatively large lattices with up to 24 x 24 sites for the square lattices and 8 x 8 x 8 sites for cubic lattices. The method developped can also be used as a new algorithm for the direct determination of the entropy of Ising spin systems through ordinary Monte Car10 simulations. By using this method we calculate the entropy of the Ising antiferromagnetic in the presence of a magnetic field in the triangular and face centered cubic lattices.

Es wird eine selbstkonsistente, approximative L\"osung f\"ur das verd\"unnte, ungeordnete Kondo-Gitter-Modell (KLM) vorgeschlagen, um die miteinander verkn\"upften elektronischen und magnetischen Eigenschaften von sogenannten ''local moment''-Systemen wie den verd\"unnten magnetischen Halbleitern zu diskutieren. Untersucht werden Verbindungen der Form $A_{1-x}M_x$, in denen magnetische ($M$) und nicht-magnetische Atome ($A$) statistisch \"uber das Kristallgitter verteilt sind. Die Kopplung zwischen den lokalisierten Momente und den quasi-freien Elektronen (L\"ocher) wird im Rahmen einer modifizierten RKKY-Theorie behandelt, die das KLM auf ein effektives Heisenberg-Modell abbildet. Die Unordnungen in dem elektronischen Teilsystem und in dem magnetischen Momentensystem werden nach Methoden behandelt, die der ''coherent potential approximation'' (CPA) angepa{\ss}t sind. Es wird eine Erweiterung der CPA zur Berechnung der sich wechselseitig bedingenden elektronischen und magnetischen Eigenschaften verd\"unnter ''local moment''-Systeme vom Typ $A_{1-x}M_x$ f\"ur die Situation vorgeschlagen, in der eine durch Kristallfeldparameter bedingte Unordnung in der N\"{a}chste-Nachbar-Schale des Aufatoms ber\"ucksichtigt werden mu\ss. Dabei werden Kristallfeldparameter zwischen zwei nicht-magnetischen Atomen ($\lambda^{AA}$), zwischen einem magnetischen und einem nicht-magnetischen Atom ($\lambda^{AM}$) und zwischen zwei magnetischen Atomen ($\lambda^{MM}$) unterschieden. Schl\"usselgr\"o{\ss}en wie die langreichweitigen und oszillierenden effektiven Austauschintegrale und die Curie-Temperatur und die elektronischen und magnonischen Quasiteilchen-Zustandsdichten werden im Detail in Abh\"angigkeit der Konzentration $x$ der magnetischen Ionen, der Ladungstr\"ager-Konzentration $n$, der Interband-Austauschkopplung $J$, der Temperatur und der Kristallfeldparameter untersucht. / We propose a self-consistent approximate solution of the disordered Kondo-lattice model (KLM) to get the interconnected electronic and magnetic properties of ''local-moment'' systems like diluted ferromagnetic semiconductors. Aiming at $(A_{1-x}M_x)$ compounds, where magnetic (M) and non-magnetic (A) atoms are distributed randomly over a crystal lattice, we present a theory which treats the subsystems of itinerant charge carriers and localized magnetic moments in a homologous manner. The coupling between the localized moments due to the itinerant electrons (holes) is treated by a modified RKKY-theory which maps the KLM onto an effective Heisenberg model. The disordered electronic and magnetic moment systems are both treated by coherent potential approximation (CPA) methods. An extension of CPA to perform a self-consistent model calculation of the electronic and magnetic properties of diluted local-moment systems $A_{1-x}M_x$ described by ferromagnetic Kondo-lattice model ($s-f$ model), where we included disorder in the first environment shell by use of crystal field parameters between two non-magnetic, one magnetic and non-magnetic, and two magnetic atoms, respectively $\lambda^{AA},\lambda^{AM},\lambda^{MM}$, and to get the interconnected electronic and magnetic properties of systems like diluted ferromagnetic semiconductors (DMS) is proposed. We discuss in detail the dependencies of the key-terms such as the long range and oscillating effectice exchange integrals and the Curie temperature as well as the electronic and magnonic quasiparticle densities of states on the concentration $x$ of magnetic ions, the carrier concentration $n$, the exchange coupling $J$ and the crystal field parameters.