Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work studies the counterintuitive phenomenon of inverse transitions (IT). The IT are a class of phase transitions (reversible) in which the ordered phase appears at higher temperatures than the disordered one. Different models have been proposed to describe characteristics of IT. The goal of this work is just to propose a model of disordered interactions, which is able to present general characteristics of a inverse transition type, the inverse freezing (IF). The IF is a reversible transition from a paramagnetic phase (PM) to the spin glass order (SG) on heating. Within this context the van Hemmen SG model is analyzed in a fermionic formulation, in which the spin operators are written as a bilinear combination of fermionic creation and annihilation operators. In this model the random interactions Ji j introduce disorder and frustration, and the chemical potential m controls the average occupancy of fermions per site. The problem is analyzed for two different types of quenched disorders: bimodal (discrete) and gaussian (continuous). It is important to note that the disorder in the model analyzed here were treated without the use of the replica method and its complications. The results depend on the particular disorder. The behavior of the order parameters, entropy and occupation number are analyzed. Phase diagrams of temperature T versus chemical potential m can then be build. A reentrance transition is found for a certain range of m when the gaussian distribution is adopted. This reentrance transition is associated with the IF that occurs in a first-order transition from the paramagnetic to the spin glass phase when the temperature increases. On the other hand, models following disordered interactions of Sherrington-Kirkpatrick (SK) type suggest that the onset of IF can be a consequence of complex scenario for the free energy. In these models the replica method is used to treat the disorder and the solutions present this complex scenario. However, from the results obtained in present fermionic van Hemmen model, it can be concluded that the necessary conditions for a model exhibit IF are the combined effects of frustration and magnetic dilution (favoring states not interacting, controlled by m). Thus, the treatment of model presented in this work does not use the replica method or the complicated scenario of free energy and it is able to reproduces the characteristics of an inverse freezing. This is attributed to the presence of frustration and magnetic dilution. Keywords: Disorder. Quantum Spin Glass. Fermionic model. Inverse transitions / O presente trabalho estuda o fenômeno contraintuitivo das transições inversas (TI), que são uma classe de transições de fase (reversíveis) em que a fase usualmente ordenada aparece em temperaturas mais altas que a fase desordenada. Vários modelos já foram propostos para descrever as TI por apresentarem características desse tipo de transição. O objetivo deste trabalho é justamente buscar um novo modelo, de interações desordenadas, que seja capaz de apresentar características gerais de um tipo de transição inversa, o congelamento inverso (CI). O CI trata de uma transição reversível a partir de uma fase paramagnética (PM) para uma fase vidro de spin (VS) sobre aquecimento. Dentro desse contexto, o modelo VS de van Hemmen é analisado em uma formulação fermiônica, em que os operadores de spins são escritos como uma combinação bilinear dos operadores fermiônicos de criação e destruição. Neste modelo, em que interações aleatórias Jij introduzem desordem e frustração, e o potencial químico µ controla a ocupação média de férmions por sítio, o problema é analisado para dois tipos de desordem temperada: uma dada pela distribuição bimodal e outra dada pela distribuição gaussiana. Vale salientar que ambas as desordens são tratadas sem o uso do méetodo das réplicas, e cada uma delas apresenta resultados particulares. Através da análise do comportamento dos parâmetros de ordem, entropia e número de ocupação médio, diagramas de fases da temperatura T pelo potencial químico µ podem então ser construídos. Uma transição reentrante é encontrada para um certo valor de µ quando a distribuição gaussiana é adotada. Essa transição reentrante está associada ao congelamento inverso, que ocorre em uma transição de primeira ordem entre as fases PM e VS quando a temperatura aumenta. Por outro lado, modelos que seguem as interações desordenadas do tipo proposto por Sherrington-Kirkpatrick (SK), que utilizam o método das réplicas e apresentam o complexo cenário da energia livre, sugerem que essa última possa ter ligação com o aparecimento de CI em tal modelo. Porém, a partir dos resultados obtidos neste modelo de van Hemmen fermiônico, pode-se concluir que as condições necessárias para que determinado modelo apresente uma transição inversa do tipo congelamento, são os efeitos combinados de frustração e diluição magnética (favorecimento dos estados não interagentes, controlada pelo m). Assim, o modelo apresentado neste trabalho, não utiliza o método das réplicas nem o complicado cenário da energia livre e, é capaz de reproduzir as características de um CI.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work studies inverse transitions by using two spin glass models: the infinite-range fermionic Ising spin glass (FISG) in the presence of a transverse magnetic field ¡ and Hopfield fermionic Ising spin glass (HFISG) model with a ¡ field. In these models, the spin are written in terms of fermionic operators. In that case, there are four possible eigenvalues of the operator Sz i , two of them non-magnetic. The problem for both models is expressed in the path integral formalism with Grassmann variables. Particularly, the FISG and HFISG models are analysed in the Grand Canonical ensemble, which allows changing the average number occupation of fermions per site by adjusting the chemical potential μ, which is a magnetic dilution mechanism. The Grand Canonical Potential is obtained within the static approximation with replica symmetry and one-step replica symmetry breaking schemes. Firstly, the highly frustrated FISG model is studied. Essentially, for ¡ = 0, a first order inverse transition arises with the increase of μ (dilution). As a consequence, the inverse transitions can be studied under the effect of quantum fluctuations when a transverse magnetic field ¡ is turned on. As main result, it is shown that quantum fluctuations destroy the inverse transitions. Secondly, the role of frustration as ingredient for a model to present naturally inverse transitions is checked by the HFISG model, which allows interpolating from trivial randomness to a highly frustrated regime. In fact, it is shown that for ¡ = 0 and high values of μ, any frustration level presents a inverse transition. Finally, the introduction of the ¡ field in the HFISG model allows to study how the simultaneous adjusting of quantum fluctuations and the level of frustration affects the inverse transition in this model. As a result, it is suggested that the interplay between the dilution and the presence of a frustrated phase has an important role inverse transitions producing. In addition, when the effects of quantum fluctuations are introduced by ¡, the role of dilution seems to be weakened. As a consequence, the inverse transition is destroyed in HFISG model. / O presente trabalho estuda as transições inversas utilizando dois modelos vidro de spin: o modelo de alcance infinito vidro de spin de Ising fermiônico (VSIF) com campo magnético transverso ¡ e o modelo Hopfield vidro de spin Ising fermiônico (HVSIF) com ¡. Nestes modelos, os spins são escritos em termos de operadores fermiônicos. Nesse caso, há quatro autovalores possíveis para o operador Sz i , dois deles não magnéticos. Ambos os modelos são expressos em termos do formalismo das integrais de caminho fermiônicas com variáveis de Grassmann. Particularmente, os modelos VSIF e HVSIF são analisados no ensemble Grão Canônico, que permite variar o número médio de ocupação de férmions por sítio através do ajuste do potencial químico μ. O Potencial Grão Canônico é obtido por meio das soluções com simetria de réplicas e com um passo de quebra de simetria de réplicas utilizando a aproximação estática. Os resultados obtidos a partir dos modelos VSIF e HVSIF podem ser resumidos de acordo com a seguinte ordem: primeiramente, o modelo altamente frustrado VSIF é estudado. Essencialmente, para ¡ = 0, há o surgimento de transição de primeira ordem inversa para valores de μ, que é um mecanismo de diluição magnética. Consequentemente, as transições inversas puderam ser estudadas sob o efeito de flutuações quânticas quando um campo magnético transverso é introduzido nesse modelo. Como resultado principal, é mostrado que flutuações quânticas destroem as transições inversas no modelo VSIF. Em segundo lugar, o papel da frustração como ingrediente para um modelo apresentar naturalmente transições inversas é checado pelo modelo HVSIF, o qual permite analisar diversos regimes de frustração. De fato, é mostrado no modelo HVSIF que independentemente do nível de frustração, sempre há uma transição inversa para valores altos de μ. Finalmente, a introdução do campo ¡ no modelo HVSIF permite estudar de que forma o ajuste simultâneo de flutuações quânticas e intensidade do nível de frustração afetam as transições inversas nesse modelo. Como resultado, sugere-se que a relação entre diluição e a presença de uma fase frustrada tem um importante papel na produção de transições inversas. Em adição, quando efeitos de flutuações quânticas são introduzidas pelo ¡, o papel da diluição parece ser enfraquecido. Nesse caso, as transições inversas são destruídas no modelo HVSIF.