Quantum Monte Carlo studies of emerging quantum phases and quantum phase transitions in frustrated quantum magnets
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes wurden mittels Quanten-Monte-Carlo-Verfahren neuartige Quantenphasen und Quantenphasenübergängen untersucht. Dabei hat sich im Verlaufe der Projektarbeit herausgestellt, dass sich neben den reinen Spin-Modellen, die zunächst betrachtet wurden, interessante Aspekte auch innerhalb von Modellen untersuchen lassen, in denen die vollen elektronischen Freiheitsgrade, d.h. neben der Spin-Dynamik auch die Ladungs- Dynamik, betrachtet werden. In der Nähe des Mott-Übergangs von Elektronen auf dem Honigwaben-Gitter haben wir Anzeichen für das Vorliegen einer Spinflüssigkeitesphase erhalten. Diese Resultate sind derzeit nicht unumstritten; neuere Arbeiten auf deutlich größeren Gittern beobachten eine starke Reduktion der Ausdehnung dieser Phase. Unabsehbar bei Antragstellung waren die neuen interessanten Möglichkeiten, die sich in den letzten Jahren aus dem Zusammenspiel zwischen topologischen Eigenschaften, wie sie in topologischen Isolatoren auftreten, und elektronischen Wechselwirkungen ergeben. Hier konnten wir zur Klärung der Frage der Stabilität der Quanten-Spin-Hall-Phase beitragen und die Natur der Quantenphasenübergänge zur antiferromagnetischen Phase bestimmen. Als weiterer interessanter Aspekt hat sich die Untersuchung eines möglichen Randmagnetismus in Graphene-Nanoribbons ergeben. Hier konnten wir beitragen zur Untersuchung der inhärent quantenmechanischen Natur des Randmagnetismus. Ob sich diese magnetischen Zustände in der Tat im Experiment nachweisen lassen ist derzeit noch unklar. Mögliche Anwendungen lägen dann insbesondere im Bereich der Spintronik, in der die Spin-Eigenschaften der Elektronen zur Informationsverarbeitung ausgenutzt werden.
Publications
- Phases and magnetization process of an anisotropic Shastry-Sutherland model, Phys. Rev. B 78, 224416 (2008)
Z. Y. Meng and S. Wessel
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H. Feldner, Z. Y. Meng, A. Honecker, D. Cabra, S. Wessel, and F. F. Assaad
- Quantum spin liquid emerging in two-dimensional correlated Dirac fermions, Nature 464, 847 (2010)
Z. Y. Meng, T. C. Lang, S. Wessel, F. F. Assaad and A. Muramatsu
- Dynamical Signatures of Edge-State Magnetism on Graphene Nanoribbons, Phys. Rev. Lett. 106, 226401 (2011)
H. Feldner, Z. Y. Meng, T. C. Lang, F. F. Assaad, S. Wessel, and A. Honecker
- Quantum-Phase-Transitions in the Kane-Mele-Hubbard model, Phys. Rev. B 85, 115132 (2012)
M. Hohenadler, Z. Y. Meng, T. C. Lang, S. Wessel, A. Muramatsu, and F. F. Assaad
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.115132) - Effective models for strong correlations and edge magnetism in graphene, Phys. Rev. B 87, 245431 (2013)
M. J. Schmidt, M. Golor, T. C. Lang, and S. Wessel
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.245431) - Quantum Monte Carlo studies of edge magnetism in chiral graphene nanoribbons, Phys. Rev. B 87, 155441 (2013)
M. Golor, T. C. Lang, and S. Wessel
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.155441) - Thermal phase transitions in a honeycomb lattice gas with three-body interactions, Phys. Rev. E 88, 052135 (2013)
M. Lohöfer, L. Bonnes, and S. Wessel
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.88.052135)
