Effets des distorsions du réseau sur des systèmes de basse dimensionalité fortement corrélés

Effects of lattice distortions on low-dimensional strongly correlated systems

• Auteur / Autrice : Marion Moliner
• Direction : Daniel Carlos Cabra, Pierre Pujol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structure magnétique

Physique en basse dimension

Phonons

Hubbard, Modèle de

Conducteurs organiques

Monte-Carlo, Méthode de

Ordre et désordre (physique)

Frustration (physique)

Résumé

Cette thèse porte sur l’effet de phonons, dans la limite adiabatique, sur des systèmes de basse dimensionalité fortement corrélés. Dans une première partie, nous considérons uniquement des systèmes de spins classiques (limite grand S). Nous étudions la chaîne de spins frustrés J1 − J2 couplée avec des distorsions du réseau et en présence d’un champ magnétique. Par des méthodes analytiques et numériques (Monte-Carlo), nous montrons que pour une large gamme de couplage spin-réseau un plateau d’aimantation est stabilisé à 1/3 de l’aimantation de saturation. Nous étudions ensuite un réseau frustré à deux dimensions, le réseau de Shastry-Sutherland. Nous trouvons un pseudo-plateau d’aimantation à 1/3 de l’aimantation de saturation à température non-nulle. Nous montrons, via des ondes de spins classiques et des simulations Monte-Carlo, que ce pseudo-plateau est dû à une sélection entropique d’une configuration colinéaire à travers l’effet d’Ordre par le Désordre. Nous obtenons par des simulations Monte-Carlo un diagramme de phase en fonction de la température et du champ appliqué. La seconde partie passe en revue le travail effectué sur la chaîne de Hubbard quart-remplie. Nous considérons des distorsions de Holstein (sur site) et de Peierls. Nous dérivons un Hamiltonien bosonique dans la limite basse énergie en incluant davantage d’harmoniques aux champs fermioniques et montrons que le couplage avec le réseau couple les degrés de liberté de charge et de spin. Nous retrouvons qualitativement les phases tétra et dimérisées qui ont été obtenues dans des travaux numériques antérieurs.

This thesis deals with the effects of phonons, in the adiabatic limit, on low-dimensional strongly-correlated systems. In a first part, we focus on spin systems in the classical limit (large S). We study the frustrated J1 − J2 chain coupled with lattice distortions and under an applied magnetic field. By means of analytical and numerical (Monte-Carlo) methods, we show that, for a wide range of the spin-lattice coupling, a magnetization plateau at 1/3 of the saturated magnetization is stabilized. We then study the two-dimensional frustrated Shastry-Sutherland lattice. Amagnetization pseudo-plateau is found at 1/3 of the saturatedmagnetization for nonzero temperature. Classical spin-waves and Monte-Carlo simulations show that this pseudoplateau is due to the entropic selection of a particular collinear configuration through the Order by Disorder effect. By means of Monte-Carlo simulations, we obtain a phase diagram in the planemagnetic field versus temperature. The second part is dedicated to the quarter-filled Hubbard chain. Both Holstein (on-site) and Peierls distortions are considered. We derive a bosonic Hamiltonian in the low-energy limit by means of the bosonization technique. We includemore harmonics in the bosonic expansion of the fermionic fields and showthat the lattice coupling couples the spin and charge degrees of freedom. We qualitatively recover tetramerized and dimerized phases that were obtained in previous numerical works.