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.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18780号 / 理博第4038号 / 新制||理||1581(附属図書館) / 31731 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 戸塚 圭介, 教授 川上 則雄, 教授 佐々 真一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

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In the physical education work of the public schools the accomplishment of character and moral development through this subject is accepted but unproven. Through three years of teaching and extensive reading in the theory and practice of this field the writer is very much aware of this condition. The accomplishment of the health betterment through physical education activities is universally accepted, but the achievement of character betterment, although universally mentioned by educators, is not generally proven as an actual occurrence. Since the former is achieved through careful planning the latter likewise necessitates definite method. The method may be based upon the generalization of the character traits called upon in the specific physical education situation. Upon that basis this thesis has indicated the methods to be used so that these traits may also be placed in action in general lite situations.

We study the unusual phases seen in charge transfer salts (CTS) at 1/2 and 1/4 filling. We use the Holstein-Hubbard model (HHM) and the Peierls extended Hubbard model (PEH) to study competing phases in CTS. In the 1/2illed HHM the Holstein coupling promotes a Peierls charge-density wave phase while the on-site Coulomb repulsion U gives rise to antiferromagnetic correlations and a Mott insulating state. Takada et al. have shown possibility of a third metallic phase between the Mott and the Peierls phase. We investigate the presence of an intermediate phase between the Mott and Peierls phase using Stochastic Series Expansion (SSE) method. We used charge and spin susceptibilities to determine the phase boundaries. As the coupling is increased a spin gap opens followed by the Peierls transition. The intermediate phase is metallic and has a spin gap but no charge gap. Transitions from the Mott to intermediate and intermediate to Peierls state are Kosterlitz-Thouless type (KT). As the coulomb repulsion is increaed beyond certain value the two KT transitions fuse to give a single first order transition. Similar behavior is seen at 1/4illed HHM. We also studied the temperature dependence of charge ordering (CO) in 1/4illed CTS. Most previous theoretical studies of the on CTS have concentrated on ground state or T=0 properties. Here we show the evolution of charge ordered (CO) state with temperature and directly related the experimental phase diagram with our theoretical results. Our calculations show that as temperature is lowered the Wigner crystal state gives way to spin-Peierls state with a different pattern of CO. Also we show that the critical value of nearest neighbor Coulomb repulsion is depends on the total spin and is different for different spin subspace.

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Lee Morgan, Freddie Hubbard und Booker Little, alle 1938 geboren, gelten als stilprägende Trompeter des Modern Jazz um 1960. Ausgehend vom Trompetenspiel Dizzy Gillespies, Miles Davis’ und Clifford Browns in den 1950er Jahren werden in der vorliegenden Studie anhand aufwendig angefertigter Transkriptionen ausgewählter Trompetensoli improvisatorische Eigenheiten Morgans, Hubbards und Littles aus der Zeit um 1960 aufgezeigt. Dabei werden als methodische Besonderheit die Spielweisen jeweils im Blues, in Balladen sowie bei Stücken im Uptempo miteinander verglichen. Eigenkompositionen finden ebenso Berücksichtigung wie die Aktivitäten der drei Trompeter als Sidemen. So entstehen umfassende musikalische Porträts von Lee Morgan, Freddie Hubbard und Booker Little in einer besonders bewegten Phase der Jazzgeschichte. / Lee Morgan, Freddie Hubbard and Booker Little, all born in 1938, are considered style-defining trumpeters of the modern jazz era around 1960. Based on the trumpet playing of Dizzy Gillespie, Miles Davis and Clifford Brown in the 1950s, the present study uses elaborate transcriptions of selected trumpet solos to illustrate the improvisational characteristics of Morgan, Hubbard and Little from around 1960. As a methodological peculiarity, the playing styles in the genres of blues, ballad and in uptempo pieces are compared. Original compositions are taken into account as well as the activities of the three trumpeters as sidemen. Thus, comprehensive musical portraits of Lee Morgan, Freddie Hubbard and Booker Little emerge in a particularly turbulent phase of jazz history.

Durant cette thèse, je me suis intéressé à deux thématiques générales qui peuvent être explorées dans des systèmes d'atomes froids : d'une part, la dynamique hors-équilibre d'un système quantique isolé, et d'autre part l'influence du désordre sur un système fortement corrélé à basse température. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode de champ moyen, qui permet de résoudre la dynamique unitaire dans un modèle à géométrie particulière, le réseau complètement connecté. Cette approche permet d'établir une correspondance entre la dynamique unitaire du système quantique et des équations du mouvement classique. Nous avons mis à profit cette méthode pour étudier le phénomène de transition dynamique qui se signale, dans des modèles de champ moyen, par une singularité des observables aux temps longs, en fonction des paramètres initiaux ou finaux de la trempe. Nous avons montré l'existence d'une transition dynamique quantique dans les modèle de Bose-Hubbard, d'Ising en champ transverse et le modèle de Jaynes-Cummings. Ces résultats confirment l'existence d'un lien fort entre la présence d'une transition de phase quantique et d'une transition dynamique.Dans un second temps, nous avons étudié un modèle de théorie des champs relativiste avec symétrie O(N) afin de comprendre l'influence des fluctuations sur ces singularités. À l'ordre dominant en grand N, nous avons montré que la transition dynamique s'apparente à un phénomène critique. En effet, à la transition dynamique, les fonctions de corrélations suivent une loi d'échelle à temps égaux et à temps arbitraires. Il existe également une longueur caractéristique qui diverge à l'approche du point de transition. D'autre part, il apparaît que le point fixe admet une interprétation en terme de particules sans masse se propageant librement. Enfin, nous avons montré que la dynamique asymptotique au niveau du point fixe s'apparente à celle d'une trempe d'un état symétrique dans la phase de symétrie brisée. Le troisième volet de cette thèse apporte des éléments nouveaux pour la compréhension du diagramme des phases du modèle de Bose-Hubbard en présence de désordre. Pour ce faire,nous avons utilisé et étendu la méthode de la cavité quantique en champ moyen de Ioffe et Mézard, qui doit être utilisée avec la méthode des répliques. De cette manière, il est possible d'obtenir des résultats analytiques pour les exposants des lois de probabilité de la susceptibilité.Nos résultats indiquent que dans les différents régimes de la transition de phase de superfluide vers isolant, les lois d'échelle conventionnelles sont tantôt applicables, tantôt remplacées par une loi d'activation. Enfin, les exposants critiques varient continûment à la transition conventionnelle.

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Cette thèse se concentre sur des aspects multiorbitales des systèmes fermioniques fortement corrélés. En particulier, sur l'existence d'une différentiation orbitale dans laquelle la coexistence de caractère itinérant et localisé peut être associée à différentes orbitales. Cette problématique est examinée dans le contexte des atomes froids et des matériaux, offrant un pont entre les deux communautés.Dans la première partie de la thèse, nous donnons un aperçu du problème des corrélations fortes dans les matériaux, et nous introduisons le concept de 'transition de Mott sélective en orbitales'. Nous fournissons également les principaux outils pour comprendre comment les matériaux peuvent être simulés avec des atomes froids, et nous présentons des résultats importants liés à la transition métal-isolant de Mott. Les aspects techniques, basées sur la théorie du champ moyen dynamique sont également discutés, et la solution de deux principaux modèles de systèmes fermioniques fortement corrélés, à savoir le modèle d'Hubbard (HM) et le modèle de Falicov-Kimball (FKM), sont passés en revue.Ensuite, nous étudions en détail la physique de deux espèces fermioniques en interaction forte avec des masses différentes dans un réseau optique. Nous établissons les différentes phases (avec et sans ordre à longue portée) en termes de la force des interactions (U), du rapport des masses et de la température (T), et aussi nous discutons les variables thermodynamiques, qui sont pertinentes pour les expériences d'atomes froids. Nous montrons que dans la phase métallique (U inférieure à une valeur critique) et avec un certain degré de différence de masses, un 'crossover' apparaît entre un état métallique du type de liquide de Fermi à basse T, et un état avec différentiation orbital à haute T, où les fermions lourds se localisent tandis que les fermions légers restent itinérant. Par conséquent, nous proposons ce modèle minimal pour étudier la physique des systèmes qui présentent une différentiation orbitale avec des expériences d'atomes froids.Basé sur les propriétés du modèle étudié, nous proposons la 'chromatographie entropique' comme une nouvelle méthode pour refroidir des atomes fermioniques dans les réseaux optiques. Nous discutons son efficacité et ses limites, et fournissons quelques idées afin de les surmonter.Dans la dernière partie de la thèse, nous généralisons le modèle précédent aux matériaux corrélés à plusieurs bandes qui permet d'afficher la différentiation orbitale. Nous montrons que l'état de Mott sélectif en orbital peut être stable sous les distorsions du réseau, modélisées par une hybridation locale entre les orbitales. Cependant, l'état de Mott est caractérisé par un pseudo-gap, où les fluctuations de charge sont brusquement réduites, mais l'état reste compressible. En relation au modèle précédent, nous discutons le 'crossover' entre l'état métallique et l'état sélectif induit par des effets température, nous comparons nos résultats avec les expériences de photoémission, et nous prédisons ce qui se passerait dans les matériaux qui présentent une hybridation locale entre les bandes. / This thesis focuses on multiorbital aspects of strongly correlated fermionic systems. In particular, it focuses on the existence of orbital differentiation in which coexistence of itinerant and localized character can be associated to different orbitals. This subject is discussed in the context of cold atoms and materials, providing a bridge between both communities.In the first part of the thesis, we give an insight into the problem of strong correlations in materials, and we introduce the concept of 'orbital-selective Mott transition'. We also provide the main tools to understand how materials can be simulated with cold atoms experiments, and we present important related results in the context of the metal-Mott insulator transition. The technical aspects, based on dynamical mean-field theory are also discussed, and the solution of two key models of strongly correlated fermionic systems, i.e., the Hubbard model (HM) and the Falicov-Kimball model (FKM), are reviewed.Then we study in detail the physics of two interacting fermionic species with different masses in an optical lattice. We establish the different phases (with and without long-range order) in terms of the interactions strength (U), mass ratio and temperature (T), and also discuss the thermodynamic variables, which are relevant in cold atoms experiments. We show that in the metallic phase (U below a critical value) and for some degree of mass imbalance, a crossover appears between a Fermi-liquid metallic state at low T, and an 'orbital-selective' state at higher T, where the heavy fermions effectively localize while the light species remain itinerant. Hence, we propose this minimal model for addressing orbital-selective physics with cold atoms experiments.Based on the properties of the studied model, we propose the 'entropic chromatography' as a new method for cooling fermionic atoms in optical lattices. We discuss its efficiency and limitations, and provide some ideas in order to overcome them.In the last part of the thesis we generalize the previous model to a model relevant for multiband correlated materials that can display orbital differentiation. We show that the orbital-selective Mott state can be stable under lattice distortions modeled by local hybridization between the orbitals. However, the Mott state is characterized by a pseudogap, where charge fluctuations abruptly reduce, but the state remains compressible. In connection with the previous model, we discuss the temperature-induced orbital-selective crossover in this problem, we compare our results with photoemission experiments, and predict what would happen in materials that display local hybridization between the bands.