Orientador: Mario Eusebio Foglio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-19T15:06:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcosSergioFigueirada_D.pdf: 2518915 bytes, checksum: 9a2d5342bfe9cc62a6d4422e9b8bdb9c (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Estendeu-se para o Modelo de Anderson Periódico (MAP), uma expansão diagramática em cumulantes, empregada por Hubbard para estudar seu modelo de banda estreita de elétrons fortemente correlacionados. O modelo também foi estendido para considerar estados eletrônicos localizados, com um esquema arbitrário de níveis de energia, que é útil para estudar compostos de valência intermediária como o Eu ou o Tm. Foram derivadas regras para o cálculo do potencial grand canônico e para as Funções de Green (FG) do modelo geral. Nesses cálculos, só aparecem diagramas conectados e as somas sobre os sítios da rede não são restritas. Para gerar as médias cumulantes, é necessário usar os campos externos "fictícios" de Grassmann x. É apresentado um modo simples de estender as regras diagramáticas para o caso em que os campos x são diferentes de zero. A expansão cumulante foi aplicada ao MAP, para uma banda de condução retangular e para uma banda de condução de largura zero (limite atômico), no caso de repulsão infinita entre dois elétrons localizados no mesmo sítio (U = ¥). Foram efetuados cálculos das funções de Green para duas famílias diferentes de diagramas na fase paramagnética: 1) A Aproximação de Cadeias (AC), empregando somente cumulantes de segunda ordem, 2) Aproximação dos Múltiplos Anéis (AMA) que, além das cadeias, considera anéis simples fechados de todos os tamanhos, mas com, no máximo, cumulantes de quatro tempos. Foram calculados a partir das FG, os números de ocupação dos elétrons localizados e dos elétrons de condução, por sítio e por "spin". A falta de completeza e a não analiticidade das FG fora do eixo real foram discutidas e apresentamos novos modos de tratar esses problemas. Foram estudadas as aproximações F -deriváveis. Foi mostrado que a AC é uma F -derivável "exata", no qual a única aproximação usada foi a escolha dos diagramas para o cálculo do funcional F , usado para calcular as FG. Do estudo da AC fica claro que as aproximações F -deriváveis não resolvem o problema da falta de completeza das FG no espaço dos números de ocupação f. Também estudamos uma F -derivável que é uma extensão da AMA, mas, nesse caso, é necessário efetuar uma aproximação adicional que limita os cumulantes usados na aproximação somente até quarta ordem. Neste último caso, os cálculos numéricos foram efetuados somente para o limite atômico, porque o cálculo para a banda larga exige um longo tempo de computação, e a partir dos resultados atômicos, não esperamos que essa aproximação resolva o problema da completeza. Na etapa final dessa pesquisa, foi descoberta uma técnica que resolve o problema da completeza no contexto dos operadores X de Hubbard e apresentamos uma conjectura geral que foi verificada em todos os casos considerados. Foram dados resultados para duas dessas aproximações, tanto para o limite atômico quanto para a banda / Abstract: The diagrammatic expansion in cumulants that was employed by Hubbard to study his model of a narrow band of strongly correlated electrons was extended to the Periodic Anderson Model (PAM). The model was also extended by considering localized electronic states with an arbitrary scheme of energy levels: this extension would be useful to study intermediate valence compounds of Eu or Tm with the present formalism. The rules for the diagrammatic calculation of the grand canonical potential and of the Green's functions (GF) for the general model have been derived: only connected diagrams appear in those calculations, and the lattice sums are unrestricted. To generate the cumulant averages it was necessary to employ external fields x that are Grassman variables and it is presented a simple way to extend the diagrammatic rules for the x ¹ 0 case. The cumulant expansion was applied to the P AM for a wide rectangular band of conduction electrons (wide band) and for a conduction band of zero width (atomic limit), in the case of an infinite repulsion between two localized electrons at the same site (U = ¥). Two different families of diagrams were considered to calculate the one-particle GF in the paramagnetic phase: 1) the chain approximation (CHA) employing only second order cumulants, 2) the multiple loop approximation (MLA), that also considers rings of all sizes, but employs at most fourth order cumulants. The occupation numbers per site and per spin of the localized electrons (nf) and of the conduction electrons (nc) are obtained from the GF, and the lack of completeness in the space of localized electrons and the non-analyticity of the GF off the real axis are discussed: new approaches to treat these two problems are presented. The F-derivable approximations were also employed. It was possible to show that CHA is a F-derivable approximation, in which the only approximation is the choice of the diagrams employed to calculate the functional F , from which the GF can be obtained. It was then clear that the F-derivable approximations do not solve the lack of completeness. We have also studied a F-derivable extension of the MLA, but in this case it was necessary to add a further approximation, namely to restrict the cumulants employed to fourth order only. In this last case the numerical calculations were only performed in the atomic limit, because the wide band case would require a rather long time of computation, and from the results in the atomic limit we did not expect that this approximation would solve the completeness problem. In the final stages of the present work a technique that solve the completeness problem in a context of X Hubbard operators was discovered. A general conjecture, that has been verified in alI the cases we considered, is presented. The numerical results for two of these approximations, both for the wide band and for the atomic limit, are given / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Eduardo Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-28T18:59:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaValencia_Jereson_D.pdf: 1070393 bytes, checksum: c57d62318df08c2790edc43ef5200acd (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho estudamos sistemas de elétrons fortemente correlacionados não homogêneos. Uma superrede de líquidos de Luttinger composta por um arranjo periódico de dois líquidos de Luttinger diferentes é considerada e encontramos que suas propriedades são uma mistura das propriedades dos líquidos constituintes dependendo da proporção espacial em que estejam. O peso de Drude é dado pelo produto da velocidade efetiva de carga e o expoente de correlação efetivo de carga, como no caso homogêneo. As leis de escala entre os expoentes nas funções de correlação não são alteradas pela estrutura da superrede. As propriedades de baixa energia de uma superede de Hubbard unidimensional (arranjo periódico de duas cadeias de Hubbard com acoplamentos e/ou "hoppings" diferentes) e uma superrede de spins (arranjo periódico de duas cadeias XXZ de spin -½ com parâmetros de anisotropia diferentes) são descritas em termos de uma superrede de líquidos de Luttinger. Para as superedes de Hubbard encontramos que o estado fundamental apresenta várias fases: metálicas e isolantes, as últimas sem gap (compressíveis). As superredes de spin apresentam platôs na magnetização que dependem da proporção espacial em que estejam as cadeias. O modelo de Wolff é generalizado e estudado via bosonização. Uma análise de grupo de renormalização é feita e, até primeira ordem, três fases são encontradas: condutor de carga e isolante de spin, condutor perfeito e isolante perfeito. Em segunda ordem, linhas de pontos fixos instáveis são encontradas / Abstract: In this work, we study inhomogeneous strongly correlated electron systems. A Luttinger liquid superlattice, modeled by a repeated pattern of two different Luttinger liquids was considered. We find that the effective low-energy description amalgamates features of both types of liquids in proportion to their spatial extent. The Drude peak is given by the product of the effective charge velocity and the effective exponent in the charge-charge correlation function. The scaling laws between the exponents of the correlation functions are maintained, but with effective exponents. The low-energy properties of a one-dimensional Hubbard superlattice (which consists of a periodic arrangement of two long Hubbard chains with different couplings and di.erent hoppings) and spin superlattices (consisting of a repeated pattern of two long spin -½ XXZ chains, with different anisotropy parameters) are described in terms of Luttinger liquid superlattices. One-dimensional Hubbard superlattices exhibit a very rich phase diagram with several different phases: metallic and insulating, the latter with no gap (compressible). Non-trivial plateaux, with magnetization depending of the relative sizes of the chains, were found in spin superlattices. We generalized and studied the Wolff model using bosonization. From a renormalization group calculation we found three phases (in first order of perturbation theory): charge conductor and spin insulator, perfect conductor and perfect insulator. Lines of unstable fixed points were found in second order of perturbation theory / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Eduardo Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:44:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_MariaCarolinadeOliveira_D.pdf: 19734218 bytes, checksum: 2c6d1fe405acec0c9a5c9bd23836081f (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O objetivo central do trabalho aqui apresentado é o estudo do papel da desordem em sistemas fortemente correlacionados, em que a energia de interação elétron-elétron é comparável a ou domina sobre a energia cinética dos elétrons. Com esse intuito, trabalhamos com os modelos de Hubbard e da rede de Anderson na presença de desordem. A teoria principal na qual nosso trabalho se baseia é a Teoria Dinâmica de Campo Médio, usada no tratamento da interação elétron-elétron presente nesses modelos. Por essa teoria, na ausência de desordem, o problema de uma rede é mapeado no problema de uma impureza embebida num meio que é determinado autoconsistentemente. Portanto, a solução de cada um dos modelos acima recai na solução do problema de uma impureza, que, no nosso trabalho, é obtida usando teoria de perturbação no potencial de interação elétron-elétron, num cálculo a temperatura finita. Uma extensão da Teoria Dinâmica de Campo Médio é ainda empregada para que efeitos de localização de Anderson sejam incluídos. A motivação para esse estudo vem de resultados experimentais observados em dois tipos de sistemas físicos: sistemas de elétrons bidimensionais, fracamente desordenados e diluídos, e ligas de férmions pesados. No primeiro caso, os resultados experimentais apontam para a existência de uma fase metálica, e consequente transição metal-isolante, em duas dimensões. No segundo caso, um comportamento distinto do previsto pela teoria do líquido de Fermi de Landau para as propriedades termo dinâmicas e de transporte é observado. Nossos resultados para o modelo de Hubbard desordenado, que pode ser usado para descrever a transição metal-isolante de Mott, mostram a importância de se levar em consideração a presença de efeitos de espalhamento inelástico nas teorias que buscam um melhor entendimento dos resultados experimentais. No caso do modelo da rede de Anderson, chegamos a uma dependência das propriedades de transporte com a temperatura que pode ser indentificada com as correlações de Mooij observadas em muitos sistemas de metais desordenados / Abstract: The main goal of this work is to study the role of disorder in strongly correlated systems, where the electron-electron interaction is comparable to or dominates over the electron kinetic energy. Keeping this in mind, we solve the Hubbard model and the Anderson lattice model in the presence of disorder. The main theory in which our work is based is the Dynamical Mean Field Theory, which is used to describe the electron-electron interaction present in these models. According to this theory, in the absence of disorder, the lattice problem is mapped onto a single impurity problem embedded in a self-consistently calculated bath. Thus, the solution of the models referred to above is obtained by solving a single impurity problem, which is done in our work through perturbation theory in the electron-electron interaction at finite temperature. An extension of the Dynamical Mean Field Theory is used to account fi)r Anderson localization effects. The motivation for this study comes from the experimental results observed in two types of systems: weakly disordered and dilute two dimensional electron systems and heavy fermion alloys. In the former, the experimental results point to the existence of a metallic phase and also of a metal-insulator transition in two dimensions. In the latter, a behavior different from that predicted by the Landau Fermi liquid theory for the thermodynamics and transport properties is observed. Our results for the disordered Hubbard model, which can be used to describe the Mott metal-insulator transition, show the importance of taking into account inelastic scattering effects in theories trying to explain the experimental results. For the Anderson lattice model, the dependence with temperature we find for the transport properties can be identified with the Mooij correlations, which are observed in many disordered metals / Doutorado / Física / Doutora em Ciências

Orientador: Eduardo Miranda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:42:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_DanielCesarBoscode_M.pdf: 4501306 bytes, checksum: ea9cd3602fb6488ef97069a6df6ae49c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos da desordem nas proximidades da transição metal-isolante de Mott. Para tanto, utilizamos o modelo de Hubbard desordenado em duas dimensões. A teoria que aplicamos para estudar esse modelo é a Teoria Estatística Dinâmica de Campo Médio, que trata de maneira não-trivial os efeitos de desordem e interação elétron-elétron. A aproximação básica da teoria consiste em descrever os efeitos de interação de maneira local. Nela mapeamos o nosso problema original em vários problemas de uma impureza de Anderson, embebidos em banhos que são determinados através de uma condição de autoconsistência. Esses problemas são resolvidos no nosso trabalho aplicando o método do Monte Carlo Quântico, algoritmo Hirsch-Fye, que faz cálculos em temperatura finita. No nosso estudo conseguimos observar a coexistência de soluções metálicas ruins e isolantes ruins num mesmo sistema, para temperaturas um pouco maiores do que a que determina o ponto crítico da transição de Mott. Relacionamos a condutividade local com as energias locais desordenadas, observando que essas energias funcionam como um potencial químico dependente do sítio que altera localmente a dopagem do sistema. Finalmente, verificamos o aumento do valor da interação crítica com a desordem. Esse trabalho é a primeira implementação numérica da Teoria Estatística Dinâmica de Campo Médio com Monte Carlo Quântico, que é o estado da arte de cálculos de sistemas de uma impureza única. Nesse sentido, nosso trabalho representa um importante primeiro passo na implementação do método e fornece um paradigma inicial do seu poder e das suas limitações. / Abstract: The main goal of this work is to study the effects of disorder in the proximity of a Mott metal-insulator transition. For that, we use the disordered Hubbard model in two dimensions. The theory we aply to study this model is the Statistical Dynamical Mean Field Theory, which treats the effects of disorder and electron-electron interactions in a non-trivial fashion. The basic aproximation of that theory is to describe the effects of interactions in a local way. In this theory we map the original system in several Anderson single-impurity problems, embebbed in baths that are determined through a self-consistency condition. These problems are solved in our work through the Quantum Monte Carlo method, with the Hirsch-Fye algorithm, at finite temperature. In our study, we found the coexistence of bubbles of bad metal and bad insulator in the same system, for temperatures a little higher than that which determines the critical point of the Mott transition. We could relate the local conducting properties with the local disordered energies, finding that these energies work like a site-dependent chemical potential which changes locally the doping of the system. Finally, we verified the enhancement of the critical interaction by disorder. This work is the first numerical implementation of the Statistical Dynamical Mean Field Theory with the Quantum Monte Carlo, which is the state of art for calculations of single-impurity systems. In this sense, our work is an important first step in the implementation of the method and sets a preliminary benchmark of its power and limitations. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Eduardo Miranda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SuarezVillagran_MarthaYolima_M.pdf: 2373759 bytes, checksum: 6ea9dc2028d28176c8fe83514187958a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Determinamos o diagrama de fases do modelo de Hubbard desordenado como função da temperatura e interação por meio da Teoria Estatística Dinâmica de Campo Médio. As linhas espinoidais para o metal e isolante foram traçadas para desordem fraca e moderada, usando Monte Carlo Quântico para resolver o problema de uma impureza. Encontramos que a desordem desloca as linhas espinoidais para valores maiores de interação e temperaturas menores. Nosso estudo mostra que a região de coexistência do isolante e do metal sobrevive à introdução de desordem e preserva a transição de Mott, pelo menos para valores suficientemente pequenos de desordem. / Abstract: We determine the phase diagram of the disordered Hubbard Model as a function of temperature and interaction strength by means of the Statistical Dynamical Mean Field Theory. The metallic and insulating spinodal lines are traced for weak and moderate disorder using Quantum Monte Carlo as the impurity solver. We find that disorder pushes the spinodal lines to larger interactions and smaller temperatures. Our studies show that the coexistence region of insulator and metal survives the introduction of disorder and is a robust feature of the Mott transition, at least for sufficiently small disorder strength. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestra em Física

Orientador: Amir Ordacgi Caldeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T16:19:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trevisan_ThaisVicta_M.pdf: 4124547 bytes, checksum: 599b58df77b4451dd1db391d5d3f78fd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Na presença de um campo magnetico externo, um anel, com resistencia eletrica nao nula, sustenta uma corrente eletrica sem dissipacao, desde que ele seja sufientemente pequeno (com um diametro da ordem de micrometros ou nanometros), altamente puro e mantido a baixisimas temperaturas. Trata-se de um fenomeno quantico, devido a coerencia entre os eletrons do sistema. Uma corrente desse tipo tambem esta presente em moleculas aromaticas: um loop de corrente se estabelece no anel aromatico e e o responsavel pela anisotropia da susceptibilidade magnetica dessas moleculas. Atualmente, esses aneis de corrente sao utilizados como um criterio para aromaticidade. Assim sendo, o transporte de corrente eletrica em sistemas meso e microscopicos e um assunto de grande interesse tanto para a Fisica, quanto para a Quimica. Nessa Dissertacao de Mestrado, estudamos o transporte de corrente eletrica em aneis discretos, unidimensionais, de 3 [<ou =] N [<ou=] 6 sitios e Ne [<ou=] 2N eletrons. Esses aneis podem ser vistos como moleculas bastante simplificadas, de modo que o sistema de seis sitios com seis eletrons corresponde a um prototipo da molecula de benzeno. Propomos um modelo microscopico com a finalidade de obter um estado fundamental transportador de corrente nesses aneis. O nosso modelo consiste de uma extensao do Hamiltoniano de Hubbard, com um termo extra de interacao inter-eletronica, postulado de maneira ad hoc. Os resultados obtidos a partir do nosso modelo, bem como uma possivel origem e interpretacao para o termo extra de interacao sao apresentados ao longo desse trabalho / Abstract: In the presence of an external magnetic feld, a ring, with finite electrical resistance, supports a dissipationless electric current, provided that the ring is small enough (its diameter must be of the order of some micrometer or nanometer), clean and cooled down to very low temperatures. It is a quantum phenomena, due to the high electronic phase coherence in this system. A current like this can also be seen in aromatic molecules: a loop of current is established in the aromatic ring and it is the responsible for the high anisotropic magnetic susceptibility of these molecules. Nowadays, these ring currents are used as a criteria for aromaticity. Therefore, the electrical transport properties in mesoscopic and microscopic systems is a subject of great interest both in Physics and Chemistry. In this thesis, we study the electrical transport in some discrete and unidimensional rings with 3 [<or=] N [<or=] 6 sites and Ne [<or=] 2N electrons. These rings can be seen as simplified molecules and the ring with six sites and six electrons is our prototype for the benzene molecule. We propose a microscopic model for obtaining a current-carrying ground state in these rings. Our model consists of a extension of the Hubbard Hamiltonian, with an ad hoc extra term for the interaction between the electrons of the system. The results obtained from our model as well as a possible origin and interpretation of the extra interaction term are presented throughout this work / Mestrado / Física / Mestra em Física

Orientador: Vivian Vanessa França / Coorientador: Érica Regina Filetti Nascimento / Banca: Rodrigo Fernando Costa Marques / Banca: Sérgio Ricardo Muniz / Resumo: Nesse trabalho propomos o desenvolvimento de redes neurais artificiais capazes de fornecer a energia do estado fundamental do modelo de Hubbard para nanoestruturas fermiônicas interagentes e homogêneas. Uma vez otimizado o funcional via rede neural, este pode ser usado como input em cálculos de funcionais da densidade para sistemas heterogêneos. O modelo neural obtido mostrou um desempenho excelente, com desvios menores que ∼ 0,2%, recuperando todos os regimes de densidade, magnetização e uma vasta extensão de regimes de interação, quando comparado com resultados numéricos exatos. Comparado à funcionais analíticos, o modelo neural é mais preciso em todos os regimes de parâmetros, especialmente no regime de fraca interação, onde o funcional analítico mais recente apresenta um grande desvio: ∼ 7%, contra ∼ 0,1% para o nosso modelo neural. Aplicado em aproximações de densidade local para cálculos de DFT para cadeias finitas e com heterogeneidades, como impurezas localizadas e potenciais confinantes, nosso modelo neural se mostrou uma alternativa confiável e usando apenas uma fração dos recursos computacionais de outros tratamentos numéricos. / Abstract: In this work we propose an artificial neural network model to the ground-state energy of fermionic interacting particles in homogeneous chains described by the Hubbard model. Once the neural network functional is optimized, it can be used as input in density functional calculations for inhomogeneous systems. The neural network model obtained, showed excellent performance, deviating by less than ∼ 0.2%, recovering all regimes of density and magnetization and for a vast range of interactions when compared to exact numerical results. Compared to analytical functionals, the neural network is more accurate in all regimes of parameters, especially at the weakly interacting regime, where the most recent analytical parametrization fails the most: ∼ 7%, while only ∼ 0.1% for our neural network model. When applied in local density approximations for density functionals calculations for finite chains with inhomogeneities, such as localized impurities and confining potentials, our neural model has proven to be a reliable alternative, while using only a fraction of the computational resources from other numerical treatments. / Mestre

Orientador: Eduardo Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-09-24T13:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerazoWarnes_JesusMaria_D.pdf: 4836710 bytes, checksum: 5b7290f1db20bc31b153f3e7202fff39 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A questão da natureza das transições de fases de sistemas de redes de bósons tem se tornado cada vez mais urgente à vista da capacidade de carregamento de átomos ultrafrios em redes ópticas. Nesta tese, tentamos avançar este conhecimento através do estudo de 3 modelos básicos de redes de bósons interagentes. Inicialmente, determinamos o diagrama de fases c as propriedades físicas do modelo bosônico de impureza única de Anderson. Este modelo é interessante tanto em si mesmo quanto por causa de sua relação com outras abordagens teóricas tais como a teoria dinâmica de campo médio bosônica. Usamos como estratégia a inclusão de um pequeno campo externo acoplado ao parâmetro de ordem superfluido, que quebra a simetria global de calibre do modelo. Desta forma, foi possível estudar a transição de condensação de Base-Einstein através do critério de quebra espontânea de simetria global de calibre. Outras quantidades como a ocupação da impureza, o desvio padrão da ocupação e a susceptibilidade com respeito ao campo externo também foram calculadas, caracterizando a transição de fase do modelo. Alguns desses resultados foram comparados com aqueles já obtidos na literatura através do grupo de renormalização numérico. Encontramos bom acordo entre os dois métodos. O segundo estudo realizado nesta tese refere-se ao comportamento crítico do modelo de Bose-Hubbard desordenado através da chamada teoria de campo médio estocástica. O objeto central dessa teoria de campo médio é a distribuição de parâmetros de ordem P(?). Estudos numéricos estabelecem que perto da linha crítica que separa as fases superfluida e vidro de Base do modelo, essa distribuição exibe uma grande região com comportamento de lei de potência P(?) ~ ? ^-(1+ß_c), onde ß_c < 1. Usando esse comportamento como tentativa, obtivemos analiticamente tanto a fronteira de fases quanto o valor do expoente crítico da lei de potência ß_c , encontrando um razoável acordo com os resultados numéricos e avançando o entendimento da natureza da transição de fase específica ao modelo desordenado. Finalmente, o modelo de Bose-Hubbard desordenado para partículas de spin-1 foi estudado dentro da teoria de campo médio estocástica. As distribuições de probabilidade de várias quantidades físicas como o parâmetro de ordem superfluido, o desvio padrão da ocupação por sítio, a fração do condensado, o quadrado do operador de spin, bem como seus valores médios, foram determinados para as três fases do modelo, a saber, o superfluido polar, o isolante de Mott e o vidro de Bose. Uma completa caracterização das propriedades físicas dessas fases e das transições de fase entre elas foi estabelecida / Abstract: The question of the nature of phase transitions of systems of lattice bosons has become increasingly more pressing in view of the capability of loading ultracold atoms in opticallattices. In this thesis we try to advance this understanding through the study of 3 basic models of interacting lattice bosons. Initially, we determined the phase diagram and physical properties of the bosonic singleimpurity Anderson model. This model is interesting both in its own right and because of its relation to other theoretical approaches such as the bosonic dynamical field theory method. We used as strategy the inclusion of a small external field coupled to the superfluid order parameter, which breaks the global gauge symmetry of the model. Thus, it was possible to study the Base-Einstein condensation transition through the criterion of the onset of spontaneous broken global gauge symmetry. Other quantities such as the occupation of the impurity, the standard deviation of the occupation and the susceptibility with respect to the external! Field were calculated characterizing the phase transition in the model. Some of the results were compared with those already reported in the literature, obtained with tic numerical renormalization group. We found good agreement between the two methods. The second study carried out in this thesis concerned the critical behavior of the disordered Bose-Hubbard model within the so-called stochastic mean-field theory. The central object of this mean-field theory is the distribution of order parameters P(?). Numerical studies establish that near the critical line separating the superfluid and Bose glass phases of this model, this distribution shows a wide region of power-law behavior P(?) ~ ? ^-(1+ß_c), where ß_c < 1. Using this behavior as an Ansatz, we obtained analytically both the phase boundary and the value of the critical power-law exponent ß_c, finding a reasonably good agreement with the numerical results and thus shedding new light on the nature of this phase transition specific to disordered model. Finally, the disordered Bose-Hubbard model for spin-1 particles was studied within the stochastic mean-field theory. The probability distributions of various physical quantities, such as the superfluid order parameter, the standard deviation of the occupation per site, the condensate fraction, the square of the spin operator, as well as their average values, were determined for the three phases of the model, namely, the polar superfluid, the Mott insulating and the Bose glass phases. A complete characterization of the physical properties of these phases and the phase transitions between them was then established / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Eduardo Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T18:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SuarezVillagran_MarthaYolima_D.pdf: 7321255 bytes, checksum: d76479a0e0c1143207cb4ee380a8034d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Estudamos nesta tese alguns aspectos da transição metal-isolante de Mott no caso desordenado. O modelo no qual baseamos nosso estudo é o modelo de Hubbard desordenado, que é o modelo mais simples a apresentar a transição metal-isolante de Mott. Analisamos esse modelo através da Teoria Dinâmica de Campo Médio Estatística (StatDMFT). Essa teoria é uma extensão natural da Teoria Dinâmica de Campo Médio (DMFT), que foi usada com relativo sucesso nos últimos anos para analisar a transição de Mott no caso limpo. Como no caso dessa última, a StatDMFT incorpora os efeitos de correlação eletrônica apenas nos seus aspetos locais. A desordem é tratada de maneira a incorporar todos os efeitos de localização de Anderson. Com essa técnica, analisamos a transição de Mott desordenada no caso bi-dimensional, usando o Monte Carlo quântico para resolver os problemas de impureza única de Anderson requeridos pela StatDMFT. Encontramos as linhas espinodais nas quais o metal e o isolante deixam de ser meta-estáveis. Também estudamos os padrões espaciais das flutuações de quantidades locais, como a auto-energia e a função de Green local, e mostramos como há o aparecimento de regiões metálicas dentro do isolante e viceversa. Analisamos efeitos de tamanho finito e mostramos que, em consonância com os teoremas de Imry e Ma, a transição de primeira ordem desaparece no limite termodinâmico. Analisamos as propriedades de transporte desse sistema através de um mapeamento a um sistema de resistores aleatórios clássicos e calculamos a corrente média e sua distribuição através da transição metal-isolante. Finalmente, estudamos o comportamento da parede de domínio que se forma entre o isolante e o metal no caso limpo. Isso foi feito através de um modelo de uma cadeia unidimensional conectada a reservatórios, um metálico e um isolante, cada um em uma de suas extremidades. Nesse caso, utilizamos o método da Teoria de Perturbação Iterada para a solução dos modelos de impureza única. Encontramos o comportamento da parede como função da temperatura e das interações / Abstract: In this thesis, we studied some aspects of the Mott metal-insulator transition in the disordered case. The model on which we based our analysis is the disordered Hubbard model, which is the simplest model capable of capturing the Mott metal-insulator transition. We investigated this model through the Statistical Dynamical Mean-Field Theory (statDMFT). This theory is a natural extension of the Dynamical Mean-Field Theory (DMFT), which has been used with relative success in the last several years with the purpose of describing the Mott transition in the clean case. As is the case for the latter theory, the statDMFT incorporates the electronic correlation effects only incorporate Anderson localization effects.. With this technique, we analyzed the disordered two-dimensional Mott transition, using Quantum Monte Carlo to solve the associated single-impurity problems. We found the spinodal lines at which metal and insulator cease to be meta-stable. We also studied the spatial fluctuations of local quantities, such as the self-energy and the local Green¿s function, and showed the appearance of metallic regions within the insulator and vice-versa. We carried out an analysis of finite-size effects and showed that, in agreement with the theorems of Imry and Ma, the first-order transition is smeared in the thermodynamic limit. We analyzed transport properties by means of a mapping to a random classical resistor network and calculated both the average current and its distribution across the metalinsulator transition. Finally, we studied the behavior of the domain wall which forms between the metal and the insulator in the clean case. This was done by means of a model of a one-dimensional chain connected to two reservoirs, one metallic and the other insulating, each attached to one of the chain¿s ends. In this case, we used the Iterated Perturbation Theory technique in order to solve the associated singleimpurity problems. We then established the behavior of the domain wall width as a function of temperature and interactions / Doutorado / Física / Doutora em Ciências

Orientador: Marcos César de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Farias_ReginaldodeJesusCosta_D.pdf: 4228413 bytes, checksum: 9e7ff892eed5441839ee091ddb080501 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Partindo de uma derivação matemática do modelo de Bose-Hubbard, desenvolvemos os cálculo para o emaranhamento bi e multipartido, através da transição Isolante de Mott-superuida, entre os modos de uma rede óptica para as situações mais simples de dois, três e quatro átomos (N) depositados nestas com igual número de sítios M, ocasionando um fator de preenchimento ? = N=M unitário. Apresentamos uma investigação sobre o controle da dinâmica de um condensado de Bose-Einstein aprisionado em um poço duplo através da ação de um potencial externo dependente do tempo. Apresentamos também uma investigação preliminar de codificação e operações quânticas embasadas em colisões controladas entre átomos em múltiplos poços / Abstract: Starting from a mathematical derivation of the Bose-Hubbard Model (BHM) we analyze the developing of bipartite and multipartite entanglement through the Mott insulator-superuid quantum phase transition, among the modes of an optical lattice to the simplest situations of two, three and four atoms (N) deposited in such optical lattice with equal number of sites (M), where a filling factor ? = N=M = 1 per lattice site is considered. We present an investigation about the controlled dynamic of a Bose-Einstein condensate in a double well driven by an external time dependent potential. Beyond we present some preliminar notes on codi cations and quantum operations in cold controlled collisions among atoms in multiples wells / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências