Heisenberg antiferromagnetic model on 2D quasiperiodic tilings

par Attila Szàllàs

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Anuradha Jagannathan.

  • Titre traduit

    Heisenberg antiferromagnétique model sur le pavage quasicrystaux bidimensionnelle


  • Résumé

    Le pavage de Penrose est une structure quasipériodique bidimensionnelle, utilisée dans la description des composés quasicristallins. Cette structure est parfaitement ordonnée, avec une symétrie de rotation cinq et elle est invariante sous un changement d'échelle par un facteur τ. Nous avons étudié les propriétés d'un modèle d'Heisenberg sur le pavage de Penrose construit à partir de losanges, en utilisant une méthode de développement en ondes de spin. Les énergies et fonctions d'ondes des magnons (quantum d'une onde des spins) ont été étudiées dans le cadre d'une théorie linéarisée. Les propriétés spatiales des modes propres ont été étudiées en détail. A basse énergie, nous trouvons que les états propres sont relativement étendus. Une analyse multifractale montre qu'ils sont de type “critique”, ayant une distribution d'exposants multifractaux. L'énergie de l’état fondamental de cette antiferromagnetique, et la distribution des aimantations locales dans cet état ont été calculés. Des projections dans l’espace perpendiculaire montrent la simplicité sous-jacente de ce état "complexe". Un simple modèle analytique, l’étoile de Heisenberg à deux niveaux, a été présenté pour expliquer de la distribution d'aimantation locales dans ce système antiferromagnétique. Dans une dernière partie, les effets de désordre de type “phason” sont considérés. Nous avons progressivement augmenté le désordre géometrique de la structure originale. Nous montrons, à l'aide d'un développement en ondes des spin ainsi que par QMC, que l'aimantation alternée diminue exponentiellement vers une valeur asymptote en fonction du désordre. La vitesse des ondes des spin augmente avec le désordre.


  • Résumé

    The Penrose tiling is a perfectly ordered two dimensional structure with fivefold symmetry and scale invariance. We considered a Heisenberg antiferromagnet on the Penrose rhombus tiling, and showed it has an inhomogeneous Neel-ordered ground state. Spin wave energies and wavefunctions were studied in the linear spin wave approximation. Spatial properties of eigenmodes were characterized in several different ways. At low energies, eigenstates were found to be relatively extended, and appeared to show multifractal scaling. At higher energies, states were found to be more localized, and, depending on the energy, confined to sites of a specified coordination number. The ground state energy of this antiferromagnet, and local staggered magnetizations were calculated. Perpendicular space projections were shown, showing the underlying simplicity of this “complex" ground state. A simple analytical model, the two-tier Heisenberg star, was presented to explain the staggered magnetization distribution in this antiferromagnetic system. The effects of a novel type of disorder in a two dimensional quantum antiferromagnet is considered. The original bipartite structure is geometrically disordered in such a way that no frustration is introduced, and the system retains a Neel ordered ground state. We show, using a linear spin wave expansion and QMC, that the staggered moment decreases exponentially as a function of increasing disorder. The spatial distribution of staggered magnetizations becomes more homogeneous compared to the deterministic tiling, the effective spin wave velocity increases with disorder, and singularities in the magnon spectrum and wavefunctions are partly smoothed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-97 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.87-97.

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)174
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