Dynamically reduced spaces in condensed matter physics : quantum Hall bilayers, dimensional reduction and magnetic spin systems

par Gunnar Möller

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Stéphane Ouvry.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Espaces dynamiques réduits en physique de la matière condensée : systèmes à effet Hall bicouches, réduction dimensionnelle et systèmes de spins magnétiques


  • Résumé

    Pour la description des propriétés de basse température des systèmes en physique de la matière condensée, il est souvent utile de travailler avec un espace dynamique réduit. Cette philosophie s'applique aux systèmes bicouches à effet Hall quantique comme aux systèmes d'anyons et aux systèmes magnétiques frustrés qui représentent les exemples discutés dans cette thèse. On introduit une classe générale d'états appariés de fermions composites. Ces fonctions d'onde sont exploitées pour analyser l'état fondamental des systèmes bicouches à effet Hall au facteur de remplissage total un. A partir d'une étude de Monte Carlo variationnel nous concluons que la transition de phase compressible à incompressible observée dans ce système est du deuxième ordre. Nous étudions également la question de l'existence d'un état apparié à demi-remplissage dans les simples couches. Ensuite nous considérons des schémas de réduction dimensionnelle de systèmes bidimensionnels sur la sphère vers des systèmes unidimensionnels sur le cercle. Un tel mapping est établi pour des systèmes libres et un candidat pour un système d'anyons généralisé est proposé. Finalement, nous analysons les systèmes de spins magnétiques sur réseaux bidimensionnels et discutons si un état de glace de spins peut exister en présence d'interactions dipolaires à longue portée.


  • Résumé

    For a description of the low-temperature physics of condensed-matter systems, it is often useful to work within dynamically reduced spaces. This philosophy equally applies to quantum Hall bilayer systems, anyon systems, and frustrated magnetic spin systems - three examples studied in this thesis. First, we developed a new class of wave functions based upon paired composite fermions. These were applied to analyze the physics of the quantum Hall bilayer system at total filling one. Studying these via variational Monte Carlo methods, we concluded that the compressible to incompressible transition in the bilayer system is of second order. Furthermore, we pursued the longstanding question of whether pairing in the single layer might cause an incompressible quantum state at half filling. We then considered schemes of dimensional reduction for quantum mechanical models on the sphere. We achieved a mapping from non-interacting particles on the sphere to free particles on the circle. We proposed that an analogous mapping might exist for interacting anyons, and an appropriate anyon-like model on the sphere was introduced. Lastly, we performed an analysis of magnetic spin systems on two-dimensional lattices addressing the question of whether spin-ice can be realized in the presence of long-range dipolar interactions.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 194 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 184-193

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)131
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