Grupo de Física de Sistemas de Muitos Corpos

Em sistemas de muitos elétrons ou sistemas de elétrons fortemente interagentes, novas propriedades físicas emergem da interação entre as partículas, sendo necessários, para descrevê-las, tratamentos teóricos específicos, que vão além de uma descrição em termos de partículas independentes. Por exemplo, o aumento da interação eletrônica em relação à energia cinética dos elétrons pode fazer com que haja localização da função de onda eletrônica, levando o sistema a passar por uma transição de uma fase metálica para uma fase isolante, que é conhecida como transição de Mott. Exemplos dessa transição são observados em óxidos de metais de transição e alguns sais orgânicos: os materiais seriam metálicos em uma descrição efetiva em termos de partículas independentes, mas são isolantes devido à forte interação coulombiana entre elétrons que ocupam orbitais do tipo d ou f semi-preenchidos.

 

Linhas de Pesquisa

No nosso grupo, desenvolvemos pesquisas sobre a física de sistemas de muitos corpos nos temas resumidos abaixo.

 

Conjunção entre interação eletrônica e desordem

A desordem também pode levar o sistema a passar por uma transição metal-isolante, a transição de Anderson. Em sistemas interagentes e desordenados, ambos os mecanismos, de Mott e de Anderson, competem e/ou se somam. Essa conjunção entre os efeitos de localização de Mott e Anderson é não trivial e tem sido assunto de pesquisa do grupo nos últimos anos.

Exemplos de trabalhos publicados nesse tema de pesquisa são:

– “Critical behavior at Mott-Anderson transition: a Typical-Medium Theory perspective”, M. C. O. Aguiar, V. Dobrosavljević, E. Abrahams e G. Kotliar, Phys. Rev. Lett. 102, 156402 (2009);

– “Anderson localization effects near the Mott metal-insulator transition”, Helena Bragança, M. C. O. Aguiar, J. Vucicević, D. Tanasković e V. Dobrosavljević, Phys. Rev. B 92, 125143 (2015).

 

Informação quântica e dinâmica de não-equilíbrio

Propriedades de informação quântica, como diferentes medidas de emaranhamento, podem auxiliar no estudo de transições de fase em sistemas interagentes; a relação entre essas propriedades e as transições de fase é objeto de estudo do nosso grupo. Também temos interesse no estudo da dinâmica de não-equilíbrio de sistemas fortemente interagentes, que pode ser simulada em experimentos com átomos frios em redes óticas. Teoricamente, estudamos, por exemplo, processos denominados “quenches” quânticos, em que um sistema é preparado no seu estado fundamental, algum parâmetro do sistema é então alterado e ele passa a seguir a dinâmica determinada pela alteração realizada. Esse tema de pesquisa é desenvolvido em colaboração com o “Grupo de Ótica Quântica e Informação Quântica” do DF-UFMG.

Exemplos de trabalhos publicados nesse tema de pesquisa são:

– “Nonuniversality of entanglement convertibility”, Helena Bragança, Eduardo Mascarenhas, G. I. Luiz, C. Duarte, R. G. Pereira, M. F. Santos e M. C. O. Aguiar, Phys. Rev. B 89, 235132 (2014);

– “Spinon and bound state excitation ´light cones´ in Heisenberg XXZ Chains”, A. L. de Paula Jr, Helena Bragança, R. G. Pereira, R. C. Drumond e M. C. O. Aguiar, Phys. Rev. B 95, 045125 (2017).

 

Supercondutores de alta temperatura crítica

Materiais supercondutores, ou seja, que não apresentam resistência elétrica em uma região de parâmetros, despertam o interesse devido à possibilidade de aplicações tecnológicas. Em alguns desses materiais, a supercondutividade é bem entendida, sendo descrita pela chamada teoria BCS, de Bardeen, Cooper e Schrieffer. Materiais que apresentam supercondutividade a temperaturas mais altas têm sido descobertos nos últimos anos. Uma classe deles não é descrita pela teoria BCS, sendo denominados supercondutores não-convencionais e assunto de pesquisa atual. Enquanto supercondutores convencionais são obtidos por resfriamento de um metal tradicional, a supercondutividade não-convencional emerge da introdução de portadores de cargas em um isolante de Mott. Esse segundo tipo é caracterizado, portanto, pela presença de uma forte interação eletrônica. Esses materiais apresentam um diagrama de fase bastante complexo, com a competição entre diferentes fases da matéria, o que tem intrigado a comunidade científica nas últimas décadas. Em uma colaboração estabelecida recentemente com Marcello Civelli, da Université Paris-Sud, começamos a estudar, no grupo da UFMG, supercondutores não-convencionais.

Os primeiros resultados do grupo nesse tema de pesquisa estão no artigo:

– “Correlation-driven Lifshitz transition at the emergence of the pseudogap phase in the two-dimensional Hubbard model”, Helena Braganca, Shiro Sakai, M. C. O. Aguiar, Marcello Civelli, Phys. Rev. Lett. 120,067002 (2018).

Uma breve introdução ao assunto do trabalho está disponível no YouTube  e no destaque dado no Boletim da Sociedade Brasileira de Física de 8 de março de 2018.

 

Estrutura eletrônica de sistemas correlacionados

Cálculos capazes de descrever a estrutura eletrônica específica dos materiais e que levem em conta também a forte interação Coulombiana presente nos compostos de nosso interesse são essenciais para o melhor entendimento da natureza dos estados eletrônicos desses materiais. Diferentes compostos foram estudados por professor recém-contratado no grupo da UFMG.

Transições metal-isolante em óxidos de metais de transição:

No dióxido de vanádio (VO2), transições entre as fases metálicas e isolantes são acompanhadas de fortes distorções da rede cristalina, o que dificulta o entendimento do mecanismo físico responsável pelas transições metal-isolante. Nossos resultados para o VO2 estão no seguinte trabalho:

– “Metal-Insulator Transition in VO2: a DFT+DMFT perspective” , W. H. Brito, M. C. O. Aguiar, K. Haule e G. Kotliar , Phys. Rev. Lett. 117 , 056402 (2016)

e foram destaque no Boletim da Sociedade Brasileira de Fisica de 4 de agosto de 2016.

Espectroscopia teórica de materiais correlacionados:

Comparações entre resultados teóricos e aqueles obtidos experimentalmente, por técnicas como a angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), são de grande importância para o estudo de materiais como supercondutores não-convencionais e compostos intermetálicos. Pesquisador do nosso grupo esteve envolvido em estudos realizados em colaboração com experimentais:

– “Universal 2Δmax/kbTc scaling decoupled from the electronic coherence in iron-based superconductors”, H. Miao, W. H. Brito, Z. P. Yin, R. D. Zhong, G. D. Gu, P. D. Johnson, M. P. M. Dean, S. Choi, G. Kotliar, W. Ku, X. C. Wang, C. Q. Jin, S. -F. Wu, T. Qian e H. Ding, Phys. Rev. B 98, 020502(R) (2018).

Materiais com orbitais f semipreenchidos:

Materias que possuem estados eletrônicos do tipo f semipreenchidos podem apresentar uma grande variedade de propriedades exóticas, como transições de fase estruturais anômalas e supercondutividade não-convencional. Dentre esses compostos temos os que contêm elementos da família dos actinídeos, como o plutônio, que se encontra na fronteira da transição delocalização-localização dos elétrons 5f. Como exemplo de trabalhos publicados nesse tema de pesquisa com envolvimento de pesquisador do nosso grupo, podemos citar:

– “Orbital-dependent correlations in PuCoGa5”, W. H. Brito, S. Choi, Y. X. Yao e G. Kotliar, Phys. Rev. B 98, 035143 (2018);

– “Site and orbital selective correlations in β-Pu”, W. H. Brito e G. Kotliar, Phys. Rev. B 99, 125113 (2019).

 

Equipe do Grupo de Física de Sistemas de Muitos Corpos

Equipe

  • Edgar Marcelino de Carvalho Neto (Pós-doc, início em maio de 2019)
  • Luiz Cláudio de Carvalho (Pós-doc)
  • Isaac Carvalho (Doutorado, início em agosto de 2018)
  • Flávio Luis Noronha dos Santos (Doutorado, início em março de 2016, orientação com Rodrigo Pereira)
  • Moallison Ferreira (Doutorado, início em agosto de 2019)
  • Nayara Gusmão (Doutorado, início em dezembro de 2020)
  • Nathan Giovanni Andrade Teixeira (Doutorado, início em agosto de 2016)
  • Vitor Assunção Moreira Lima (Mestrado, início em março de 2020)
  • João Souza (Mestrado, início em março de 2020)
  • Gustavo Cassemiro (Iniciação Científica)
  • Henrique Cardoso (Iniciação Científica)
  • Bárbara Land (Iniciação Científica).
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