پژوهش فیزیک ایران
سال:1387 | دوره:8 | شماره:2 |تعداد مقالات:14

یک بررسی جامع از کارهای اخیر روی درجات آزادی بار در سیستمهای الکترونی همبسته قوی و روی شبکه های دارای ناکامی هندسی ارایه می شود. توجه خاص به شبکه شطرنجی است که به تعبیری ویرایش دوبعدی یک شبکه هرمی و شبکه کاگومه است. برای شبکه شطرنجی نشانی می دهیم که در حالت نیمه پر و هنگامی که درجات آزادی اسپینی صرف نظر شود و در حالت پرشدگی 1.4 با اضافه کردن درجات آزادی اسپینی، برانگیخته گی هایی با بار کسری نصف بار الکترون ممکن است وجود داشته باشد. نتیجه مشابهی برای شبکه هرمی سه بعدی برقرار است. در حالت اول بارهای کسری محصور هستند. منشا نیروی محصور کننده ثابت ضعیف بحث می شود و شباهتهای آن با کوارکها و نظریه ریسمان اشاره می گردد. برای شبکه شطرنجی یک فرمولبندی بر مبنای نظریه پیمانه ای فشرده یو-1 توصیف می شود به علاوه یک مکانیزم جدید جنبشی برای فرومغناطیس در پرشدگیهای خاص شبکه کاگومه بحث می شود.

در این مقاله فازهای کوانتمی و افت و خیرهای سیستمهای همبسته الکترونی که دارای ناکامی و برهم کنشهای رقابت کننده هستند مرور می شود. مدل اسپین 1.2، J1-J2 که در آن ممانها جایگزیده و روی شبکه مربعی هستند. دیاگرام فاز غنی ای را نمایش می دهد که دارای فازهای مغناطیسی و فازهای شگفت آور با پارامترهای نظم پنهان به واسطه تقابل ناکامی و افت و خیزهای کوانتمی است. رد پای این فازها در کمیتهای مگنتوکالریک و مغناطش در میدانهای قوی بررسی می شود. در سیسمتهای دارای الکترون روان، ناکامی به عنوان خاصیتی ناشی از همبستگیهای الکترونی بروز می کند. این باعث افزایش افت و خیزهای اسپینی در ناحیه بسیار بزرگی از فضای اندازه حرکت می شود و نهایتا ممکن است منجر به ناهنجاریهای دمای پایین از نوع فرمیونهای سنگین گردد، مانند آنچه در اسپینل های سه بعدی ترکیبات LiV205 رخ می دهد. رقابت برهمکنش الکترونی روی یک نقطه شبکه و بین نقاط مجاور در ترکیبات کوندو مسول گذار فاز کوانتمی بین فاز غیرمغناطیسی کوندو یگانه و فاز مغناطیسی است مانند آنچه در بسیاری ترکیبات 4f دیده می شود. آنها را ممکن است با مدل شبکه ای کوندو یا از نوع ساده شده گردنبند کوندو توصیف کرد. گذار فاز کوانتمی در این مدلها با روش عددی قطری سازی دقیق و روش تحلیلی عملگرهای باند بررسی می شود.

مساله علامت فرمیونی در فرمالیزم انتگرال مسیر مطالعه می شود. ابتدا تصویر متعارف مایع فرمی به طور دقیق با اشاره به بسیاری از خواص ویژه تحلیل می گردد. سپس کار با فراست سپرلی در ایجاد انتگرالی مسیر فرمیونی که بر مبنای خطوط جهانی مقید ارایه شده است مرور می شود. در این نمایش، علامتهای منفی ناشی از آمار فرمیونی به طور خودسازگار به ساختارهای مقید هندسی (ابر سطحهای گره ای) تبدیل می شود که روی یک دینامیک یوزونی موثر عمل می کند. به عنوان یک مثال روشنگر، این فرمالیزم را برای مطالعه سیستمهای 1+1 بعدی بکار می بریم که در آن آمار نامربوط است و نهایتا مساله علامت می تواند گیرافتد. در مثالهای ابعاد پایین، ساختار قیود گره ای به تصویر واضحی از برهمکنش آنتروپیک که برای فیزیک سیستمهای یک بعدی اساسی است منجر می شود. سپس با انتگرال مسیر در فضای اندازه حرکت نشان می دهیم که گاز فرمی با قیاس به عایق مات که در یک تله هماهنگ باشد. قابل درک است. با بازگشت به فضای حقیقی، خواص توپولوژی سلولهای گره ای را بحث می کنیم و یک حدس هولوگرافیک که مایع فرمی در ابعاد بالاتر به یورونهای هسته نرم در یک بعد مربوط می کند را پیشنهاد می کنیم. همچنین ارتباط احتمالی بین سیستمهای مخلوط بوزون- فرمیون و ابرتقارن را بحث می کنیم.

با استفاده از ترکیب محاسبات ساختار الکترونی و محاسبات بس ذره ای، اثرات همبستگی در فرومغناطیس نیمه فلز NiMnSb بررسی می شود. یک هامیلتونی واقعی بس ذره ای که صرفا شامل اربیتالهای d اتم Mn باشد، اهمیت غیر- شبه ذرات را درست بالای سطح فرمی نشان می دهد. نتایج ما پیشنهاد می کند که برای توصیف دقیق تر حالتهای کم انرژی حول سطح فرمی، اربیتالهای d اتم Ni بایستی صریحا منظور شوند.

ساختار مغناطیسی ترکیبات حدی، بین فرومغناطیس و پادفرومغناطیس در ترکیبات دوتایی از نوع Rni/Pt/Cu با R=Tb, Gd, Nd, Ce هنگامی که با فلزات واسطه جایگزین می شود بررسی و مقایسه می گردد. تمامی آنها مثالهایی از ساختارهای مغناطیسی پیچپده هستند که به واسطه برهم کنشهای مختلف مغناطیسی، ناهمگنیها و بی نظمی ایجاد می شوند. این بررسی جامع پایه بحث مفیدی است که در آن رقابت بر هم کنشهای مغناطیسی در زمینه بی نظمی را در بر می گیرد. ما شباهتها و تفاوتهای بین ساختارا را بحث می کنیم و راجع به اهمیت بی نظمی در وجود پدیده های مغناطیسی نتیجه می گیریم که می تواند چشم اندازهای جدیدی در پایداری فازهای مغناطیسی همانند خوشه های شیشه یا نظمهای کوتاه برد در ابعاد مزوسکوپی باشد.

در این مقاله پس از معرفی منگنایتها، تاثیر اندازه دانه ها و آلایش را بر خواص ساختاری، الکتریکی و مغناطو مقاومت ترکیب منگنایت (LSMO) La1_xSrxMnO3 مورد بررسی قرار داده ایم. مشاهده می شود که با ریز شدن دانه ها مقدار مغناطو مقاومت در میدان های پایین،(LFMR) افزایش می یابد، همچنین دیده می شود که مقدار LFMR به ازای میدانهای اعمال شده برای آلایشهای پایین ، با افزایش میزان آلایش، افزایش پیدا می کند و برای آلایشهای بالاتر، با افزایش میزان آلایش کاهش می یابد. تونل زنی وابسته به اسپین و پراکندگی اسپینی در مرزدانه ها توجیهی است برا یافزایش LFMR در آلایشهای پایین، در حالی که کاهش LFMRبرای آلایشهای بالاتر می تواند ناشی از تضعیف پدیده تبادل دوگانه به دلیل جانشینی  جزیی یونهای آلایشی به جای یون Mn باشد. ضخیم شدن بیش از حد مرزدانه ها نیز می تواند دلیل دیگری برای کاهش LFMR در آلایشهای بالاتر باشد.

ترابرد الکترونی در ساختار NSN گرافینی، که در آن دو ناحیه نرمال با یک نوار ابررسانا به ضخامت d به هم متصل شده اند، را بررسی می کنیم. ترابرد از اتصال را در چارچوب معادله DBdG بر حسب فرایندهای مختلف پراکندگی شامل تونل زنی کوانتومی و بازتاب محلی و ضربی اندریو توصیف می کنیم. مقایسه با ساختار تمام نرمال نشان می دهد که وابستگی زاویه ای احتمال عبور در حضور همبستگیهای ابررسانایی به شدت مختل می شود. این تغییرات را می توان بر حسب اندرکنش بازتاب اندریو و تونل زنی کلاین مربوط به شبه ذرات توضیح داد. در ادامه، وابستگی رسانش دیفرانسیلی ساختار به انرژی را بررسی می کنیم. رسانش دیفرانسیلی در زیر گاف، اثرات بازتاب اندریو و تونل زنی را نشان می دهد به طوری که در dهای بزرگ به مقدار مربوط به ساختار NS میل می کند. در بالای گاف، دیفرانسیلی رفتار نوسانی با انرژی دارد که در dهای بزرگ هم وجود دارد.

این درس نامه درباره نقش بر هم کنشهای بس ذره ای الکترون- الکترون در دستگاههای با ابعاد کم و خواص ترابرد آنها است. با مروری بر نظریه تابع توزیع دو ذره ای در دستگاههای الکترونی که اثرات برهمکنشی تا حد امکان دقیق در نظریه لحاظ شود مطلب را پی می گیریم. نظریه را برای دستگاههای مایع الکترونی همبسته قوی در ابعاد دو و یک تعمیم می دهیم. سپس نظریه میکروسکوپی فاکتورهای میدان موضعی را مرور کرده و خواص شبه ذرات فرمیونی دستگاه دوبعدی را محاسبه و نتایج را با داده های اخیر آزمایشگاهی مقایسه می کنیم. فیزیک یک دستگاه دو لایه ای از مایع الکترونی دوبعدی را مطالعه کرده و سپس با تعمیم نظریه ارایه شده به محاسبه اثرات بارکنونی کشیده شده در ساختار دول لایه ای الکترونی می پردازیم و نتایج را با داده های تجربی برای مقاومت بار کشیده شده مقایسه می کنیم. به عنوان آخرین کاربرد نظریه لاتینجر بررسی می شود و نتایج حاصل از محاسبات اخیر خود در زمینه مایع الکترونی یک بعدی را با نتایج دقیق مونت کارلوی مقایسه می کنیم. در تمامی موارد نتایج حاصل از نظریه ارایه شده در تطابق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی و نتایج مونت کارلوی کوانتومی است.

گرادیانهای میدان الکتریکی (EFG’s) در مکان In و ممان مغناطیسی اسپینی در مکان Ce در ترکیب CeIn3 محاسبه شده اند. محاسبات با افزایش تدریجی فشار از 5- تا GPa 22+و با استفاده از نظریه تابعی چگالی و روش امواج تخت بهبود یافته به علاوه اربیتال موضعی و به کارگیری ضریب WC-GGA+Uو' PBE-GGA+U انجام شده اند. نتایج گویای کاهش تقریبا خطی ممان مغناطیسی اسپینی سریم با افزایش فشار است. از نتایج بدست آمده مشاهده می شود که گرادیانهای میدان الکتریکی  محاسبه شده در مکان In ؛به عکس، با افزایش فشار افزایش می یابند. گرادیانهای میدان الکتریکی در فشار صفر را با نتایج نظری دیگران و نتیایج تجربی مقابیسه کرده ایم. مقایسه انجام شده نشان می دهد که گرادیانهای میدان الکتریکی نسبت به نتایج دیگران با تجربه در فشار صفر سازگاری بیشتری دارد. نتایج نشان می دهد که ممان مغناطیسی اسپینی در یک نقطه بحرانی کوانتمی خاص فرو نشانده می شود.

مدل هابارد یک مدل مهم در نظریه سیستمهای الکترونی همبسته قوی می باشد. در این مقاله به معرفی مفهوم همبستگی قوی با افزودن جملات بر هم کنش الکترون- الکترون به یک مدل تنگابست ساده می پردازیم. بعد از برشمردن روشهای مختلف حل این مدل، روش قطری سازی دقیق عددی را به تفصل معرفی می نماییم. جزییات مربوط به پیاده سازی کامپیوتری این روش را با مثال هابارد برای دو سایت که به صورت تحلیلی قابل حل است توضیح می دهیم.

این مقاله مجموعه مطالبی است که در اولین مدارس تابستانی سیستمهای همبسته قوی در دانشگاه صنعتی اصفهان در تیرماه 1386 ارایه شده است. ابتدا مرور مختصری بر سیستمهای اسپینی و مغناطیسهای کوانتمی ارایه می شود. سپس روش قطری سازی دقیق (لنکزش) به شیوه آموزشی تشریح می گردد.این روش برای محاسبه خصوصیات حالت پایه مدلهای شبکه ای روی خوشه های محدود مناسب است. دو ویرایش از روش لنکزش  برای محاسبه حالتهای برانگیخته و همچنین محاسبه خصوصیات دمای محدود سیستمهای کوانتمی نیز توصیف می شود. مفاهیم اساسی گذار فاز کوانتمی در قالب مدل آیزینگ در میدان عرضی بحث می شود. سیمای فاز و خصوصیات بحرانی این مدل را با استفاده از روش بازبهنجارش کوانتمی توضیح می دهیم. قسمت اعظم مطالب این نوشته جنبه آموزشی دارد که توام با اشاره ای به تحقیقات اخیر آمده است.

در این مقاله، گذار مات در مدل هابارد دوبعدی با استفاده از روش تقریبی وردشی خوشه ای بررسی شده است. پتانسل گذار برای شبکه مربعی تقریبا Uc≈2 و برای شبکه مثلثی Uc≈6 به دست آمده است. مقایسه ای بین نتایج به دست آمده از روش وردشی خوشه ای و سایر روشهای تقریبی خوشه ای کوانتومی انجام شده است. محاسبات انجام شده در دمای صفر و برهم کنش قوی نشان می دهد که گذار مات هم در شبکه مثلثی و هم در شبکه مربعی در مقایسه به سایر روشها در مقادیر کوچکتری از U انجام می پذیرد. همچنین گذار مات در حد ترمودینامیکی (شبکه نامحدود) با استفاده از برونیابی به حد بینهایت به دست آمده است.