O autômato celular Game of LIFE (GL) exibe comportamento coletivo não-trivial (Classe IV de Wolfram) a partir de regras locais simples. Na década de 1990, conjecturou-se que o autômato seria um exemplo de sistema não-conservativo com criticalidade auto-organizada. Nesse trabalho refutamos essa conjectura verificando que o regime transiente para estados absorventes não escala de forma correta para redes grandes. Usando uma aproximação de campo médio com considerações sobre interfaces para a rede quadrada, definimos um parâmetro de controle sigma0 relacionado com a razão de ramificação da interface da fase absorvente. A partir da análise de um grande número de autômatos celulares (6144), encontramos uma transição de fase descontínua no espaço de regras dos autômatos celulares totalistas. Também encontramos que o GL é um autômato celular quasi-crítico, com sigma0=1.006, ou seja, o GL equivale a um processo de nucleação quasi-crítico. Mostramos que essa quasi-criticalidade é resultado da coexistência e competição entre a fase viva e a fase morta: embora o LIFE esteja destinado à extinção (ao estado absorvente morto), o decaimento é adiado devido a um forte ralentamento crítico. / The cellular automaton Game of LIFE exhibits non-trivial collective behavior (Wolfram Class IV) from local simple rules. In the 1990s, it was conjectured that the automaton would be an example of self-organized criticality in non-conservative systems. In this work we refute this conjecture by verifying that the transient regime to absorbing states does not scale for large lattice sizes. By using a mean-field approximation with considerations about interfaces in square lattices, we define a control parameter sigma0 related to the interfacial absorbing phase branching rate. From the analysis of a large number of cellular automata (6144), we find a discontinuous phase transition in the cellular automata rule space. We also find that LIFE is a quasi-critical cellular automaton, with sigma0=1.006, that is, LIFE is a quasi-critical nucleation process. It is shown that this quasi-criticality is a result of coexistence and competition between the living and dead phases: although LIFE is destined to extinction (to the dead absorbing state), this decay is delayed due to a strong critical slowing down.

Estudos sobre a manutenção da diversidade cultural sugerem que o mecanismo de interação social, normalmente considerado como responsável pela homogeneização cultural, também pode gerar diversidade. Com o intuito de estudar esse fenômeno, o cientista político Robert Axelrod propôs um modelo baseado em agentes que exibe estados absorventes multiculturais a partir de uma interação homofílica homogeneizadora entre os agentes. Nesse modelo, a diversidade (ou desordem) cultural é produzida pela escolha dos fatores culturais iniciais dos agentes e a interação homofílica age apenas no sentido de reduzir a desordem inicial. Em virtude de sua simplicidade, várias releituras e variações do modelo de Axelrod são encontradas na literatura: introdução de uma mídia externa, alterações da conectividade dos agentes, inserção de perturbações aleatórias, etc. Entretanto, essas propostas carecem de uma análise sistemática do comportamento do modelo no limite termodinâmico, ou seja, no limite em que o número de agentes tende a infinito. Essa tese foca primariamente nesse tipo de análise nos casos em que os agentes estão fixos nos sítios de uma rede quadrada ou nos sítios de uma cadeia unidimensional. Em particular, quando os fatores culturais iniciais dos agentes são gerados por uma distribuição de Poisson, caracterizamos, através de simulações de Monte Carlo, a transição entre a fase ordenada (pelo menos um domínio cultural ´e macroscópico) e a fase desordenada (todos os domínios culturais são microscópicos) na rede quadrada. Entretanto, não encontramos evidência de uma fase ordenada na cadeia unidimensional. Já para fatores culturais iniciais gerados por uma distribuição uniforme, observamos a transição de fase tanto na rede unidimensional como na bidimensional. Por fim, mostramos que a introdução de um campo externo espacialmente uniforme, cuja interpretação é a de uma mídia global influenciando a opinião dos agentes, elimina o regime monocultural do modelo de Axelrod no limite termodinâmico. / Studies on the maintenance of cultural diversity suggest that the mechanism of social interaction, generally regarded as responsible for cultural homogenization, may also generate diversity. In order to study this phenomenon, the political scientist Robert Axelrod proposed an agent-based model that exhibits multicultural absorbing states, despite the homophilic and homogenizing character of the interaction between agents. In this model the cultural diversity (or disorder) is produced by the choice of the initial cultural traits of the agents, and the homphilic interaction acts towards the reduction of the initial disorder. Due to its simplicity, several re-examinations and variants of Axelrods model are found in the literature: the introduction of an external media, changes in the connectivity of the agents, introduction of random perturbations, etc. However, these proposals lack a systematic analysis of the behavior of the model in the thermodynamic limit, i.e., in the limit that the number of agents tends to infinity. This thesis focuses mainly on that type of analysis in the cases the agents are fixed in the sites of a square lattice or in the sites of a chain. In particular, when the initial cultural traits of the agents are generated by a Poisson distribution we characterize, through Monte Carlo simulations, the transition between the ordered phase (at least one macroscopic cultural domain) and the disordered phase (only microscopic domains) in the square lattice. However, we found no evidence of an ordered phase in the one-dimensional lattice (chain). For initial cultural traits generated by a uniform distribution, we find a phase transition in both the one and two-dimensional lattices. Finally, we show that the introduction of a spatially uniform external field, which can be interpreted as a global media influencing the opinion of the agents, eliminates the monocultural regime of Axelrods model in the thermodynamic limit.

Nesta presente tese, abordaremos três problemas sobre processos estocásticos unidimensionais governados pela equação mestra. Através do Ansatz do Produto Matricial (MPA) determinaremos as condições suficientes para garantir a integrabilidade de um novo processo de difusão num meio com impurezas. Investigando o espectro de tal modelo, computaremos o expoente crítico z que determina como os observáveis atingem o estado estacionário. Em seguida, estudaremos o clássico modelo de 6-vértices bidimensional definido na matriz de transferência diagonal-diagonal, como um modelo de trafego unidimensional com dinâmica síncrona e assíncrona. E para concluir nosso trabalho, investigaremos alguns modelos de processos de contato com difusão, utilizando a teoria de Campo Médio em Cluster. / In this thesis, we discuss three problems on dimensional stochastic processes governed by master equation. By Product Matrix Ansatz (MPA) we determine the conditions sufficient to ensure integrability of a new process of diffusion in a medium with impurities. Investigating the spectrum of this model, we compute the critical exponent z that determines how the observable flow to stationary state. In the folowing, we study the classical 6-vertex model defined in two-dimensional diagonal-diagonal matrix transfer as a unidimensional model of traffic with synchronous and asynchronous dinamics. And to finish our work, we study models of diffusion processes of contact, using the theory of Cluster Mean-Field

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho investigamos os efeitos da mudança das constantes de acoplamento entre os híperons (D; L; S e X) e os mésons (s; w e r) tendo em vista sua aplicacação na estrutura de estrelas de nêutron. Para tanto, adotamos o modelo de Walecka não-linear numa aproximacão de campo médio. / In the present work we investigated the effects of changing of the coupling constants between the hyperons (D; L; S and X) and mesons (s; w and r) regarding its application in the structure of neutron stars. To this end, we adopted the non-linear Walecka model in the mean field approximation.

Uma técnica de projeção é usada para tratar o problema de condição inicial na teoria quântica de campos. Neste formalismo, equações de movimento do tipo cinético são deduzidas para o conjunto de variáveis dinâmicas de um corpo. Estas equações são submetidas a uma expansão não perturbativa. Tratamos esta expansão em ordem mais baixa, correspondente a aproximacão de campo médio, para um sistema uniforme de muitos fermions fora do equilíbrio descrito pelo modelo fermiônico quiral de gross-neveu. Nesta aproximação recuperamos os resultados existentes na literatura, tais como, geração dinâmica de massa, liberdade assintótica e o fenômeno de transmutação dimensional. Estudando ainda nesta aproximção o regime de pequenas oscilações em torno do equilíbrio, obtemos soluções analíticas para a evolução dinâmica de nossas variáveis. Verificamos também as condições para existencias de estados ligados neste regime. / A time-dependent projection technique is used to treat the initial value problem in Quantum Field Theory. On the basis of the general dynamics of the fields, we derive equations of kinetic type for the set of one-body dynamics variables. A non-perturbative expansion can be written for these equations. We treat this expansion in lowest order, which corresponds to the Mean-Field Approximation, for a non-equilibrium uniform many-fermions system described by Chiral Gross-Neveu Model. Several literature results are obtained such as dynamical mass generation, dimensional transmutation and asymptotic freedom. In this approximation we study the small oscillations regime obtaining analytical solution for one-body dynamical variables. We have also examined the condition for the existence of bound-state in this case.

Elétrons em bandas estreitas de energia são fortemente afetados pela interação coulombiana como também por desordem na rede. Ambos os efeitos podem levar à localização, mas de naturezas diferentes: estado isolante de Mott, induzido por correlação, e localização de Anderson, induzida por desordem. A existência da fase de Mott ´e também significativamente dependente do preenchimento da banda. Abordagens teóricas para lidar com esse tipo de sistema são usualmente baseadas no hamiltoniano de Hubbard ou modelos relacionados, incluindo desordem como uma distribuição de energias locais. Neste trabalho, utilizando a Teoria de Campo Médio Dinâmico (DMFT), estudamos o modelo de Anderson-Falicov-Kimball e sua versão de três bandas, obtida como uma simplificação do modelo de Hubbard de três bandas associado aos planos de CuO2 dos cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, realizando nossa análise para os casos magnético e não magnético. A densidade de estados de uma partícula é obtida por medias aritmética e geométrica sobre a desordem, já que somente a última pode detectar a localização na ausência de um gap de energia. Variando as intensidades de interação coulombiana e desordem, construímos diagramas de fases para esse modelo, onde identificamos transições metal-isolante mediadas por correlação e desordem, bem como a inter-relação entre esses efeitos. Isso é feito para vários preenchimentos de banda, já que nosso principal interesse aqui é estudar como a variação da densidade de elétrons (dopagem) afeta os diagramas de fases previamente obtidos na ausência de dopagem. Para o modelo de uma banda no caso paramagnético, as informações reveladas pela densidade de estados são confirmadas pela análise das condutividades estática e dinâmica, incluindo efeitos de temperatura. Quando consideramos a solução magnética, observamos o comportamento da temperatura de Néel e podemos apresentar um diagrama de fases mais completo. Além de uma análise bastante extensa do modelo de uma banda, fazemos um estudo inicial do modelo de três bandas, focalizando comportamentos que possam vir a ser comparados ao que se observa nos óxidos supercondutores. / Electrons in narrow-band solids are strongly affected by the Coulomb interaction as well as lattice disorder. Both effects can lead to localization, but of different nature: correlation-induced Mott insulating state, and disorder-induced Anderson localization. The existence of the Mott phase is also significantly dependent on the band filling. Theoretical approaches to deal with this kind of system are usually based on the Hubbard Hamiltonian or related models, including disorder as a distribution of the on-site energies. In this work, utilizing Dynamic Mean Field Theory (DMFT), we study the Anderson- Falicov-Kimball and its three-band version, obtained as a simplification of the three-band Hubbard model associated to the CuO2 planes of high-critical-temperature cuprate superconductors, performing our analysis for the magnetic and non-magnetic cases. The one-particle density of states is obtained by both arithmetic and geometrical averages over disorder, since only the latter can detect localization in the absence of an energy gap. Varying the strengths of Coulomb interaction and disorder, we construct phase diagrams for these models, where we identify metal-insulator transitions driven by correlation and disorder, as well as the interplay between these effects. This is done for various band fillings, since our main interest here is to study how the variation of the electron density affects the phase diagrams previously obtained in the absence of doping. For the one-band model in the paramagnetic case, the picture revealed by the density of states is further checked by evaluating the static and dynamic conductivities, including temperature effects. When we consider the magnetic solution, we observe the N´eel temperature behavior, and we are able to present a more complete phase diagram. Besides a quite extensive analysis of the one-band model, we develop an initial study of the threeband model, focusing on behaviors that might be linked with what is observed on the superconducting oxides.

A teoria de campo médio para o modelo de Ashkin-Teller com interações ferromagnéticas de longo alcance na presença de campos magnéticos aleatórios foi desenvolvida. Isso foi conseguido através do uso do truque de réplicas para a obtenção da energia livre e do estudo analítico das equações integrais acopladas dos parâmetros de ordem, da estabilidade de suas soluções e das suas expansões para T &#8804 Tc. Inicialmente, foram determinadas as expressões gerais das funções termodinâmicas do modelo no caso em que existiam três campos magnéticos aleatórios com distribuições gaussianas. Em seguida, foi examinado o caso particular do modelo com um só campo magnético aleatório na direção de Z = &#8249 &#948 S &#8250. A estratégia adotada se mostrou poderosa pois possibilitou a caracterização detalhada do diagrama de fases com várias superfícies de coexistência e das linhas de pontos críticos. As equações integrais das funções termodinâmicas desse caso particular foram discutidas e resolvidas numericamente para valores especiais das constantes de interação e da variância. Para o caso particular do modelo na presença de campos magnéticos aleatórios nas direções &#8249 S &#8250 e &#8249 &#948 &#8250, foram determinadas e discutidas as expressões das funções termodinâmicas. Foram também obtidas as equações das superfícies de instabilidade da solução paramagnética. Foi provado que a transição entre as fases paramagnética e de Baxter é sempre de primeira ordem. Outro resultado original da tese foi a verificação da existência da simetria de dilatação e contração do modelo de Potts na presença de campos magnéticos aleatórios. Essa simetria permite que o estudo da energia livre no intervalo q&#8712 (1,2) forneça o comportamento termodinâmico do sistema para todo q>2. / The meanfield theory of the long range Ashkin-Teller model in random fields was developed. This was obtained by using the replica trick and the study of the coupled integral equations for the order parameters, the stability of their solutions, and their expansions for T &#8804 Tc. Inicially, the expressions of the thermodynamic functions for the model in three random fields with Gaussian distributiuons were determined. After this, it was examined the particular case of the model with only one random field in the Z = &#8249 &#948 S &#8250 direction. The strategy revealed itself powerful by the detailed characterization of the phase diagram with several coexistence surfaces and lines of critical points. The integral equations of the thermodynamic functions for this particular case were discussed and numerically solved for special values of the interaction constants and field distribution variance. For the particular case of the model with random fields in the &#8249 S &#8250 and &#8249 &#948 &#8250, directions, the expressions were also determined and discussed. The equations of the instability surfaces for the paramagnetic solution were obtained, and it was proved that the para-Baxter transition line is always of first order. Another original result of the thesis was the verification of the the existence of the dilatation and contration symmetry in the Potts model with random fields. This symmetry permits that the study of the free energy in the q&#8712(1,2) interval supplies the thermodynamics behavior of the system for q>2.

A teoria de campo médio para o modelo de Ashkin-Teller com interações ferromagnéticas de longo alcance na presença de campos magnéticos aleatórios foi desenvolvida. Isso foi conseguido através do uso do truque de réplicas para a obtenção da energia livre e do estudo analítico das equações integrais acopladas dos parâmetros de ordem, da estabilidade de suas soluções e das suas expansões para T &#8804 Tc. Inicialmente, foram determinadas as expressões gerais das funções termodinâmicas do modelo no caso em que existiam três campos magnéticos aleatórios com distribuições gaussianas. Em seguida, foi examinado o caso particular do modelo com um só campo magnético aleatório na direção de Z = &#8249 &#948 S &#8250. A estratégia adotada se mostrou poderosa pois possibilitou a caracterização detalhada do diagrama de fases com várias superfícies de coexistência e das linhas de pontos críticos. As equações integrais das funções termodinâmicas desse caso particular foram discutidas e resolvidas numericamente para valores especiais das constantes de interação e da variância. Para o caso particular do modelo na presença de campos magnéticos aleatórios nas direções &#8249 S &#8250 e &#8249 &#948 &#8250, foram determinadas e discutidas as expressões das funções termodinâmicas. Foram também obtidas as equações das superfícies de instabilidade da solução paramagnética. Foi provado que a transição entre as fases paramagnética e de Baxter é sempre de primeira ordem. Outro resultado original da tese foi a verificação da existência da simetria de dilatação e contração do modelo de Potts na presença de campos magnéticos aleatórios. Essa simetria permite que o estudo da energia livre no intervalo q&#8712 (1,2) forneça o comportamento termodinâmico do sistema para todo q>2. / The meanfield theory of the long range Ashkin-Teller model in random fields was developed. This was obtained by using the replica trick and the study of the coupled integral equations for the order parameters, the stability of their solutions, and their expansions for T &#8804 Tc. Inicially, the expressions of the thermodynamic functions for the model in three random fields with Gaussian distributiuons were determined. After this, it was examined the particular case of the model with only one random field in the Z = &#8249 &#948 S &#8250 direction. The strategy revealed itself powerful by the detailed characterization of the phase diagram with several coexistence surfaces and lines of critical points. The integral equations of the thermodynamic functions for this particular case were discussed and numerically solved for special values of the interaction constants and field distribution variance. For the particular case of the model with random fields in the &#8249 S &#8250 and &#8249 &#948 &#8250, directions, the expressions were also determined and discussed. The equations of the instability surfaces for the paramagnetic solution were obtained, and it was proved that the para-Baxter transition line is always of first order. Another original result of the thesis was the verification of the the existence of the dilatation and contration symmetry in the Potts model with random fields. This symmetry permits that the study of the free energy in the q&#8712(1,2) interval supplies the thermodynamics behavior of the system for q>2.

We have modeled some magnetic systems, which consists of a number of sublattices, in the mean field approximation. This is possible in crystalline systems formed by two or more magnetic ions coupled by specific interactions such as the crystal field, exchange, among others. The main idea is to solve the microscopic Hamiltonian that models a given magnetic system in order to obtain their magnetic equation of state: M (H, T). For this, we use the appropriate arrangements to different magnetic (ferro-, ferri- and antiferro- magnetic) scheme sublattices. From the solutions of the Hamiltonian (eigenvalues and eigenvectors), physical quantities of interest were determined. In principle we consider systems with localized magnetism due to 3d and 4f electrons with the participation of non-magnetic ligands including 3d-4f systems with the presence of crystal field. In this dissertation we use the model of two-and three sublattices in order to obtain the equation of state for the following systems: RKKY exchange in RNi2B2C, superexchange in (Y3-zRz)(T1xFe1-x)(T2yFe3-y)O12, LixFe3- xO4 and (NixMn1-x)1.5[Cr(CN)6]. In these formulas, R represents a rare earth ion, T1 and T2 represent non-magnetic ions. Some representative cases are presented to illustrate the different equations of state and behavior of sublattices, metamagnetism, temperature compensation, etc. The extension to other similar systems can be direct or need to incorporate additional phenomenological parameters. / Consideramos neste estudo sistemas magnéticos modeláveis mediante sub- redes na aproximação do campo médio. Isto é possível em sistemas cristalinos formados por dois ou mais íons magnéticos acoplados por interações específicas como as do campo cristalino, troca, entre outros. A ideia central é resolver o hamiltoniano microscópico que modela um determinado sistema magnético de maneira a se obter sua equação de estado magnética: M(H,T). Para isto usamos o esquema de sub- redes adequado a diferentes arranjos magnéticos (ferro-, ferri- e antiferro- magnéticos). Com as soluções do hamiltoniano (autovalores e autovetores), grandezas físicas de interesse foram determinadas. Em princípio, consideramos sistemas com magnetismo localizado devido a elétrons 3d e 4f com participação de ligandos não magnéticos incluindo sistemas 3d-4f com presença de campo cristalino. Neste trabalho de dissertação empregamos o modelo de duas e três sub- redes para obter as equações de estado nos seguintes sistemas: troca tipo RKKY em RNi2B2C, supertroca em (Y3-zRz)(T1xFe1-x)(T2yFe3-y)O12, LixFe3-xO4 e (NixMn1- x)1.5[Cr(CN)6]. Nestas fórmulas, R representa um íon de terra rara, T1 e T2 representam íons não magnéticos. Alguns casos representativos são apresentados para exemplificar as diferentes equações de estado e comportamento das sub- redes, metamagnetismo, temperatura de compensação etc. Em princípio, a extensão para outros sistemas semelhantes, usando os modelos apresentados aqui, pode ser direta ou precisar incorporar parâmetros fenomenológicos adicionais.

Quantum spin liquids (QSLs) are strongly correlated systems displaying fascinating phenomena like long-range entanglement and fractionalized excitations. The research on these states has since its beginning followed trends generated by the synthesis of new compounds and the construction of new theoretical tools. In coherence with this history, a manifold of new results about QSLs were established during the past decade due to studies on the integrable Kitaev model on the honeycomb lattice. This j = 1/2 model displays bond-dependent and anisotropic exchanges that are essential to stabilize its QSL ground state with Majorana fermion excitations and emergent Z2 gauge field. Even more interestingly, this model is relevant to understand the magnetism of a certain class of 4/5d5 Mott insulators with specific lattice constraints, t2g orbital degeneracy and strong spin-orbit coupling (SOC). This mechanism defining these so-called Kitaev materials can be applied to similar compounds based on transition metal ions in different electronic configurations. In this thesis, I investigate minimal models for two types of 4/5d1 Mott insulators: the ones on the ordered double perovskite structure (ODP) and the ones isostructural to the Kitaev materials. Their effective models generically show bond-dependent and anisotropic interactions involving multipoles of an effective j = 3/2 angular momentum. Such degrees of freedom are conveniently written in terms of pseudospin s and pseudo-orbital τ operators resembling spin and orbital operators of Kugel-Khomskii models with twofold orbital degeneracy. Despite their anisotropy, the two realistic models display continuous global symmetries in the limit of vanishing Hund\'s coupling enhancing quantum fluctuations and possibly stabilizing a QSL phase. Parton mean-field theory was used to propose fermionic QSLs that will be called quantum spin-orbital liquids (QSOLs) due their dependence with s and τ. On ODPs, I studied a chiral QSOL with Majorana fermion excitations and a gapless spectrum characterized by nodal lines along the edges of the Brillouin zone. These nodal lines are topological defects of a non-Abelian Berry connection and the system exhibits dispersing surface states. Several experimental responses of the chiral QSOL within the mean-field approximation are compared with the experimental data available for the spin liquid candidate Ba2YMoO6. Moreover, based on a symmetry analysis, I discuss the operators involved in resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) amplitudes for 4/5d1 Mott insulators and show that the RIXS cross sections allow one to selectively probe pseudospin and pseudo-orbital degrees of freedom. For the chiral spin-orbital liquid in particular, these cross sections provide information about the spectrum for different flavors of Majorana fermions. The model for materials isostructural to the Kitaev materials has an emergent SU(4) symmetry that is made explicit by means of a Klein transformation on pseudospin degrees of freedom. The model is known to stabilize a QSOL on the honeycomb lattice and instigated the investigation of QSOLs on a generalization of this lattice to three dimensions. Parton mean-field theory was used once again to propose the liquid states, and a variational Monte Carlo (VMC) method was used to compute the energies of the projected wave functions. The numerical results show that the lowest-energy QSOL corresponds to a zero-flux state with a Fermi surface of four-color fermionic partons. Further VMC computations also revealed that this state is stable against formation of plaquette ordering (tetramerization). The energy of this QSOL is highly competitive even when Hund\'s coupling induced perturbations are included, as shown by comparison with simple ordered states. Extensions and perspectives for future work are discussed in the end of this thesis. / Líquidos de spin quânticos (QSLs) são sistemas fortemente correlacionados que apresentam fenômenos fascinantes como emaranhamento de longo alcance e excitações fracionárias. A pesquisa a respeito destes estados seguiu tendências geradas pela síntese de novos compostos e construção de novas técnicas teóricas desde seu princípio. Coerentemente com essa história, uma variedade de novos resultados a respeito de líquidos de spin foram estabelecidos na última década graças a estudos feitos sobre o modelo integrável de Kitaev na rede colmeia. Este modelo de spins j = 1/2 apresenta interações de troca anisotrópicas e direcionalmente dependentes que são essenciais para estabilizar um estado fundamental do tipo QSL com férmions de Majorana e campo de gauge Z2 emergente. Ainda mais interessante, este modelo é relevante para se entender o magnetismo de uma certa classe de isolantes de Mott baseados em metais de transição na configuração 4/5d5 em redes específicas, degenerescência orbital t2g e acoplamento spin-órbita forte (SOC). Esse mecanismo que define os chamados materiais do tipo Kitaev podem ser aplicados a compostos baseados em metais de transição em configurações eletrônicas diferentes. Nesta tese, eu investigo modelos mínimos para dois tipos de isolantes de Mott do tipo 4/5d1: os que se apresentam na estrutura perovskita dupla ordenada (ODP) e os isostruturais aos materiais do tipo Kitaev. Seus modelos efetivos genericamente apresentam interações multipolares anisotrópicas e direcionalmente dependentes de um momento angular efetivo j = 3/2. Estes graus de liberdade são convenientemente escritos em termos de operadores de pseudospin s e pseudo-orbital τ semelhantes a operadores de spin e orbital de modelos do tipo Kugel-Khomskii com orbitais duplamente degenerados. A despeito da anisotropia, esses dois modelos realísticos apresentam simetrias globais contínuas no limite de acoplamento de Hund nulo que incrementam flutuações quânticas e possivelmente estabilizam uma fase do tipo QSL. A teoria de campo médio com partons foi usada para propor QSLs fermiônicos que serão chamados de líquidos spin-orbitais quânticos (QSOLs) devido à dependência deles com s e τ. Em ODPs, eu estudei um líquido de spin quiral com excitações do tipo férmion de Majorana e um espectro sem gap caracterizado por linhas nodais ao longo das arestas da zona de Brillouin. Essas linhas nodais são defeitos topológicos de uma conexão de Berry não-abeliana e o sistema apresenta estados de superfície dispersivos. Várias respostas experimentais foram calculadas para o QSOL quiral dentro da aproximação de campo médio e comparadas com os dados experimentais disponíveis para o candidato a líquido de spin Ba2YMoO6. Além disso, baseado em uma análise de simetria, discuto os operadores envolvidos nas amplitudes de espalhamento de raios-x ressonante para isolantes de Mott na configuração 4/5d1 e mostro que seções de choque de RIXS permitem estudar seletivamente os graus de liberdade de pseudospins e pseudo-orbitais. Para o caso particular do líquido spin-orbital quiral, essas seções de choque nos fornecem informações sobre o espectro de diferentes sabores de férmions de Majorana. Esse modelo possui uma simetria SU(4) emergente que é tornada explícita através de uma transformações de Klein nos graus de liberdade de pseudospin. Sabe-se que este modelo estabiliza um QSOL na rede colmeia, o que instigou uma investigação de QSOLs na generalização desta rede em três dimensões. A teoria de campo médio com partons foi usada novamente para propor estes líquidos quânticos, e o método de Monte Carlo Variacional (VMC) foi usado para calcular as energias das funções de onda projetadas. Os resultados numéricos mostraram que o QSOL de menor energia corresponde a um estado de fluxo-zero com superfície de Fermi envolvendo partons fermiônicos de quatro cores. Cálculos adicionais com VMC também demonstraram que este estado é estável à formação de ordem de plaquetas (tetramerização). A energia deste QSOL é altamente competitiva mesmo quando perturbações induzidas pelo acoplamento de Hund são incluídas, o que é mostrado através da comparação com estados ordenados simples. Extensões e perspectivas para trabalhos futuros são discutidas no final desta tese.