[pt] Neste trabalho aplicamos o método RPA renormalizada ao modelo de Hubbard estendido para a cadeia unidimensional com preenchimento meio. Inicialmente verificamos a inúncia do termo de interação entre primeiros vizinhos, V , nas susceptibilidades de carga e longitudinal de spin e comparamos com os resultados de Hubbard puro. Para pequenas interações entre os primeiros vizinhos, a influência de V é muito pequena. À medida que V cresce, seu efeito é de diminuir a frequência dos plasmons e dificultar o aparecimento de magnons. Em seguida determinamos as susceptibilidades de spin e de carga, numericamente, para U = 3,4 e 5 com V entre 0 e próximo de U. Partindo da fase de onda de densidade de spin (SDW) e quando V cresce, o pico de plasmon na susceptibilidade de cargas em 2kF se aproxima de ômega = 0, indicando uma instabilidade para formação de uma onda de densidade de carga (CDW). Isto permite determinar a fronteira de separação entre as duas fases. De acordo com a RPA convencional, esta transformação ocorre em U = 2V mas o processo de renormalização desloca esta fronteira ligeiramente para o interior da região da fase CDW, em conformidade com outros métodos que não fazem a aproximação de campo médio. / [en] In this work we apply the Random Phase Approximation (RPA) to the Extended Hubbard Model in one dimension. Initially we investigate the effect of the first neighbor interaction term, V , on the spin and charge susceptibilities. When V is small, its influence is also very small but as it grows, it tends to lower the plasmon frequency and to inhibit the condition for the existence of magnons. We also have calculated numerically both the spin and the charge susceptibilities for U = 3,4 and 5 with V in the region (0; U). Starting from the SDW region and increasing V we found that the plasmon peak in the charge susceptibility for 2kF tends to omega = 0, indicating an instability against the formation of a CDW ground state. This allows us to determine the phase separation line between the two phases. According to the conventional RPA, this transition occurs for U = 2V but due to the renormalization process, we nd that this frontier shifts slightly to the interior of the CDW region, in agreement with methods not using the mean eld approximation.

A aproximação da densidade local para a teoria do funcional da densidade tem, no passado, levado a resultados conflitantes para a dimerização de cadeias infinitas do trans-poliacetileno (trans-PA). Estes resultados variaram deste forte dimerização, próximo dos resultados experimentais, até fraca dimerização, ou até mesmo nenhuma dimerização. Desde que a aproximação da densidade local usualmente descreve transições de fase estruturais corretamente, esta situação insatisfatória no caso do trans-PA clama por uma investigação detalhada. Neste trabalho estudamos o problema descrevendo a molécula como um modelo de Hubbard-Peierls unidimensional. Estabelecemos uma teoria do funcional da densidade e construímos uma aproximação da densidade local para este modelo. Em acordo com os cálculos ab initio encontramos que este tipo de aproximação não descreve adequadamente a dimerização. Propomos então um Formalismo alternativo, baseado em funcionais da matriz-densidade. Neste formalismo a energia de troca-correlação é escrita como um funcional da densidade de carga (como no método tradicional) e do parâmetro de ordem para a transição. Desta maneira obtemos um tratamento aperfeiçoado para a fase dimerizada. Nossos resultados sugerem que uma descrição adequada de sistemas espacialmente correlacionados dentro da teoria do funcional da densidade requer uma nova classe de funcionais, que vai além da aproximação da densidade local por levar explicitamente em conta parâmetros de ordem espaciais de longo alcance. / The local-density approximation to density-functional theory has, in the past, lead to conflicting results for the dimerization of infinite trans-polyacetylene (trans-PA) chains. These results range from strong dimerization, close to the one observed experimentally, to weak dimerization, or even no dimerization at all. Since the local-density approximation usually describes structural phase transitions correctly, this unsatisfactory situation in the case of trans-PA calls for a detailed investigation. In this work we study the problem by describing the polyacetylene molecule as a one-dimensional Hubbard-Peierls model. We set up a density-functional theory for this model, and construct a local-density approximation. In agreement with the ab initio calculations we find that this type of approximation does not consistently describe the dimerization. We therefore propose an alternative formalism, based on density-matrix functionals. In this formalism the exchange-correlation energy is written as a functional of the charge density (as in the traditional method) and the order parameter for the dimerization transition. In this way we achieve an improved treatment of the dimerized phase. Our results suggest that a reliable description of spatially correlated systems within density-functional theory requires a new type of functionals, going beyond the local-density approximation by explicitly accounting for long-range spatial order.

Neste trabalho nós investigamos o modelo de Bose-Hubbard de dois sítios atrativo sob o ponto de vista do ansatz de Bethe. Este modelo descreve o tunelamento Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein. Nós iniciamos estabelecendo a integrabilidade do modelo através da álgebra de Yang-Baxter. Usando uma análise clássica nós obtemos o diagrama de parâmetros do sistema. Nós estudamos então as transições de fase quânticas do modelo usando os conceitos de gap de energia, emaranhamento e fidelidade. Nós encontramos que o ponto crítico obtido utilizando estes conceitos coincide com o ponto fixo de bifurcação obtido na análise clássica. Além disso, nós mostramos que este ponto crítico também pode ser identificado através de uma mudança no comportamento das soluções das equações do ansatz de Bethe do modelo para o estado fundamental. / In this work we investigate the attractive two-site Bose Hubbard model from a Bethe ansatz perspective. This model describes Josephson tunneling between two Bose-Einstein condensates. We begin by establishing the integrability of the model through the Yang- Baxter algebra. Using a classical analysis we obtain the phase space xed points of the system. Then we study the quantum phase transitions of the model using the concepts of energy gap, entanglement entropy and the delity. We nd that the critical point obtained using these concepts coincides with the bifurcation point obtained in the classical analysis. Moreover, we also show that this critical point can be also identi ed through a di erent behaviour of the ground-state solutions of the Bethe ansatz equations.

Neste trabalho nós investigamos o modelo de Bose-Hubbard de dois sítios atrativo sob o ponto de vista do ansatz de Bethe. Este modelo descreve o tunelamento Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein. Nós iniciamos estabelecendo a integrabilidade do modelo através da álgebra de Yang-Baxter. Usando uma análise clássica nós obtemos o diagrama de parâmetros do sistema. Nós estudamos então as transições de fase quânticas do modelo usando os conceitos de gap de energia, emaranhamento e fidelidade. Nós encontramos que o ponto crítico obtido utilizando estes conceitos coincide com o ponto fixo de bifurcação obtido na análise clássica. Além disso, nós mostramos que este ponto crítico também pode ser identificado através de uma mudança no comportamento das soluções das equações do ansatz de Bethe do modelo para o estado fundamental. / In this work we investigate the attractive two-site Bose Hubbard model from a Bethe ansatz perspective. This model describes Josephson tunneling between two Bose-Einstein condensates. We begin by establishing the integrability of the model through the Yang- Baxter algebra. Using a classical analysis we obtain the phase space xed points of the system. Then we study the quantum phase transitions of the model using the concepts of energy gap, entanglement entropy and the delity. We nd that the critical point obtained using these concepts coincides with the bifurcation point obtained in the classical analysis. Moreover, we also show that this critical point can be also identi ed through a di erent behaviour of the ground-state solutions of the Bethe ansatz equations.

Os supercondutores de alta temperatura crítica apresentam propriedades diferentes dos supercondutores convencionais, uma destas propriedades importantes é a simetria não isotrópica do parâmetro de ordem. Neste trabalho se apresenta um modelo que mostra a presença de simetria d-wave em uma classe de supercondutores de alta Tc, assim como a condição para a existência de ondas de densidade nos estados de equilíbrio. Se analisa primeiro um sistema de três corpos, um bipolaron e dois elétrons, com o objetivo de estudar o efeito da repulsão coulombiana local e não local sobre a simetria do parâmetro de ordem para o caso exato e também o limite de acoplamento forte. Se mostra também a construção de um Hamiltoniano efetivo que desacopla a interação el etron-bipolaron com o fim de abordar o problema coletivo de infinitos corpos e vemos como o modelo proposto prediz a formação de ondas de densidade para uma região especifica dos parâmetros físicos do Hamiltoniano estudado. / High-temperature superconductors have different properties than conventional superconductors, one of these important properties is non-isotropic symmetry of the order parameter. In this work we present a model that shows the presence of symmetry d-wave in a class of superconductors of high Tc , as well as the condition for the existence of density waves in the states of equilibrium. We first analyze a three-body system, a bipolaron and two electrons, in order to study the effect of local and non-local Coulomb repulsion on the symmetry of the order parameter for the exact case and also the strong coupling limit. It is also shown the construction of an effective Hamiltonian that decouples the electron-bipolaron interaction in order to approach the collective problem of infinite bodies and we see how the proposed model predicts the formation of density waves for a specific region of the physical parameters of the studied Hamiltonian.

Neste trabalho estudamos o magnetismo no modelo de Hubbard em uma dimensão (1DMH) via Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Dentro desse contexto, abordamos três tópicos: (i) Baseados numa recente proposta de generalização da DFT para magnetismo não colinear, estudamos numericamente por meio de diagonalização exata o comportamento magnético do 1DMH adaptado para o caso não colinear. (ii) Desenvolvemos e aplicamos o formalismo da DFT para magnetismo não colinear no espaço discreto e comparamos os resultados do cálculo do sistema Kohn-Sham (KS) com os obtidos no passo (i) através da diagonalização exata. Aqui testamos uma proposta de aproximação para o funcional de troca e correlação no estado de onda de densidade de spin (SDW). (iii) Construímos e testamos uma aproximação da densidade local (LDA) para o funcional de troca e correlação baseados na solução exata do modelo de Hubbard homogêneo, dada pelo Ansatz de Bethe (BA). Comparamos os resultados do cálculo numérico oriundos da BA-LDA com os provenientes da diagonalização exata, obtendo resultados satisfatórios tanto para o estado SDW como para vários sistemas não homogêneos (impurezas, super-redes, potencial binário e potencial degrau). O bom acordo entre a diagonalização exata e a DFT mostra que esta última pode ser aplicada com sucesso nos casos em que a diagonalização exata é inviável. Paralelamente, adaptamos o formalismo da DFT-SDW, usado no passo (i) para aplicação em cálculos ab initio de estrutura de bandas na aproximação Muffin- Tin. Objetivando, nesse úl¬timo contexto, desenvolver as equações matemáticas necessárias para a implementação numérica desse método, fornecendo assim o formalismo necessário para futuros cálculos ab initio / In this work we study the magnetism of the Hubbard Model in one dimension (1DMH) via the Density Functional Theory (DFT). In this context, we considered three different phys¬ical context topics: (i) based on a recent generalization proposed to DFT for non-collinear magnetism, we performed an exact numerical diagonalization in order to study the magnetic behavior of the 1DMH; (ii) we developed and applied the DFT formalism, using the Kohn-Sham (KS) scheme, for non-collinear magnetism in the discreet space and we compared the results with those obtained in the step (i) through exact diagonalization. In that approach we tested an approximation for exchange and correlation functional in the framework of the spin density wave state (SDW); (iii) finally, we built and tested a local density approximation (LDA) for the functional of exchange and correlation based on the exact solution of the homogeneous Hubbard model, given by the Bethe Ansatz (BA). We compared the results of BA-LDA obtained from the numerical calculation using the exact diagonalization, yielding satisfactory results for the SDW state, as well as several inhomogeneous systems (impurity, super-lattice, binary and step potential). The good agreement between exact diagonalization and DFT shows that this last can be applied with success in the cases the diagonalization exact is not viable. We also adapted the DFT-SDW formalism, used in the step (i), for applications in ab initio calculations of band structure in the Muffin-Tin approximation. Our goal, in this last context, is to develop the necessary mathematical equations for the numerical implementation of this method, thus provinding the necessary formalism for future ab initio calculations.

A Teoria do funcional da Densidade (DFT) é muito empregada no estudo da densidade eletrônica e energia do estado fundamental de sistemas interagente de muitos elétrons. Uma de suas desvantagens é que, apesar de formalmente exata, a DFT depende de aproximações no funcional de troca e correlação Exc[n]. Uma de suas vantagens é a possibilidade de trabalhar com a conexão adiabática, que permite conectar explicitamente o sistema interagente de interesse com uma versão não-interagente de mesma densidade. Baseado em seu escopo esta dissertação tem como objetivo tratar da DFT no modelo de Hubbard unidimensional. Uma das vantagens em trabalhar com o Hubbard é a existência de uma solução formalmente exata para a energia do modelo homogêneo e unidimensional via ansatz de Bethe, tal solução serve de base para os nossos cálculos e resultados. Outra vantagem do modelo de Hubbard é a existência de um gap que aproximações usuais na DFT falham em reproduzir. Um de nossos resultados é calcular o gap de duas formas. Uma através da derivada da solução via ansatz de Bethe e outro é tratar o Hamiltoniano pela conexão adiabática, calcular o gap pelo potencial químico, este último calculado pelo ansatz de Bethe. Ao final comparamos a precisão dos métodos, apenas para descobrir que o método via potencial químico é mais preciso. Por último usamos a conexão adiabática e a aproximação de Hartree-Fock para teorizar um funcional híbrido no modelo de Hubbard unidimensional. / The Density Functional Theory (DFT) is a widely used in the study of electronic density and energy of the ground-state of interacting systems consisting of many electrons. One of its disadvantages is that, although it is formally exact, the DFT depends on approximations of the exchange-correlation functional Exc[n]. One of its advantages consists of the possibility of working with the adiabatic connection, which allows a explicit connection between the interacting system of our interest and a non-interacting system that yields the same density. Based on its scope this dissertation aims to address the DFT in the one-dimensional Hubbard model. One of the Hubbards model advantage consists of the existence of a formally exact solution to the energy of the homogeneous one-dimensional model via Bethe ansatz, such a solution serves as the basis for our calculations and results. Anothe Hubbards model advantage is the existence of a gap that usual approximations in DFT fail to calculate. One of our results is to calculate the gap in two different ways. One through the derivative of the Bethe ansatz solution and the other is to address the Hamiltonian through the adiabatic connection, calculate the gap through the chemical potential, the latter calculated via Bethe ansatz. In the end we compare their precisions, only to find that the one via chemical potential is more precise. At last we use the adiabatic connection and the Hartree-Fock approximation to theorize a hybrid functional in the one-dimensional Hubbard model.

Neste trabalho nós investigamos o modelo de Bose-Hubbard de dois sítios atrativo sob o ponto de vista do ansatz de Bethe. Este modelo descreve o tunelamento Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein. Nós iniciamos estabelecendo a integrabilidade do modelo através da álgebra de Yang-Baxter. Usando uma análise clássica nós obtemos o diagrama de parâmetros do sistema. Nós estudamos então as transições de fase quânticas do modelo usando os conceitos de gap de energia, emaranhamento e fidelidade. Nós encontramos que o ponto crítico obtido utilizando estes conceitos coincide com o ponto fixo de bifurcação obtido na análise clássica. Além disso, nós mostramos que este ponto crítico também pode ser identificado através de uma mudança no comportamento das soluções das equações do ansatz de Bethe do modelo para o estado fundamental. / In this work we investigate the attractive two-site Bose Hubbard model from a Bethe ansatz perspective. This model describes Josephson tunneling between two Bose-Einstein condensates. We begin by establishing the integrability of the model through the Yang- Baxter algebra. Using a classical analysis we obtain the phase space xed points of the system. Then we study the quantum phase transitions of the model using the concepts of energy gap, entanglement entropy and the delity. We nd that the critical point obtained using these concepts coincides with the bifurcation point obtained in the classical analysis. Moreover, we also show that this critical point can be also identi ed through a di erent behaviour of the ground-state solutions of the Bethe ansatz equations.

In this work we obtain the magnetic and thermodynamic properties of the classical Hubbard model. This one is easier to handle than the original Hubbard model, and it maintains fundamental aspects like charge and particle-hole symmetry. We find the relationship between this and the Ising model. For square and simple cubic lattices, the thermodynamic properties and phase diagrams were calculated by Monte Carlo method. We show the behavior of internal energy, specific heat, and magnetic susceptibility as a function of the temperature. For the considered lattices, the ground state is anti-ferromagnetic. The Néel temperatures were found as a function of the electronic interaction in the case of half-filled band. In the limit of vanishing of diverging interaction, our results agree with the Ising model. / No presente trabalho, nós obtivemos as propriedades magnéticas e termodinâmicas do modelo clássico de Hubbard. Este é de mais fácil manipulação que o modelo original de Hubbard, e conserva aspectos fundamentais como a simetria partícula-buraco e de carga. Encontramos a relação entre este modelo e o de Ising. Para as redes quadrada e cúbica simples, as propriedades termodinâmicas e diagramas de fase foram calculadas através do método de Monte Carlo. Apresentamos o comportamento da energia interna, do calor específico e da susceptibilidade magnética como função da temperatura. Para as redes estudadas, o estado fundamental é antiferromagnético. As temperaturas de Néel foram encontradas como função da interação eletrônica no caso de banda meio-cheia. No limite de interação nula ou infinita, encontramos valores que concordam com o modelo de Ising.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:03:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4146_1.pdf: 1109274 bytes, checksum: df5758c186c54ed0c194843a67e9ad8c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Nesta dissertação estudamos o modelo de Hubbard estendido na cadeia AB2. O hamiltoniano do modelo contém um termo cinético, parametrizado por t, e dois termos de repulsão coulombiana,U (intra-sítio) eV (inter-sítio). Considerando uma simetria de troca local peculiar desta cadeia, bem como simetrias globais do hamiltoniano de Hubbard, utilizamos o método numérico do grupo de renormalização da matriz densidade com condições de contorno abertas e número de estados máximo, M =200, focalizando nossos esforços na determinação do estado fundamental do sistema. Obtivemos o diagrama de fases produzido pela competição entre U e V em condições de semi-preenchimento de banda, um elétron por sítio. Confrontamos nossos resultados, obtidos para um sistema de vinte e quatro células, com aqueles obtidos pelo método de diagonalização exata para um sistema com seis células. Foram identificadas três regiões relevantes: para V . U/4 encontramos uma fase ferrimagnética, que é uma continuação da fase encontrada em V = 0, a qual se enquadra no conhecido teorema de Lieb; para V & U/4, foram caracterizadas regiões de separação de fases com a coexistência de uma região isolante (paramagnética) e metálica (ferromagnética), e uma fase reminiscente daquela encontrada para U = 0. A caracterização das regiões foi realizada através da medida dos perfis de carga e de spin, bem como pelo estudo da energia em função dos parâmetros do modelo