Publicação: Localização de estados quânticos em cadeias de spins com anisotropia
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::FISICA CLASSICA E FISICA QUANTICA MECANICA E CAMPOS
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Resumo
Os princípios da ergodicidade e da termalização constituem a base da mecânica
estatística, estabelecendo que um sistema de muitos corpos perde progressivamente sua
informação local à medida que evolui no tempo. No entanto, esses princípios podem ser
perturbados quando a dinâmica de termalização leva à conservação da informação local,
como observado no fenômeno conhecido como localização de muitos corpos. As cadeias
quânticas de spins fornecem uma plataforma fundamental para explorar a dinâmica de
sistemas quânticos de muitos corpos fechados e interagentes. Este estudo explora a di-
nâmica de uma cadeia de spins com 𝑆 ≥ 1/2 dentro do modelo 𝐽1 − 𝐽2 (ou modelo de
Majumdar-Ghosh), incorporando um campo magnético não uniforme e anisotropia de
íon único. Utilizando diagonalização numérica exata, revelamos que um campo magné-
tico com gradiente quase constante suprime a termalização, um fenômeno denominado
localização de muitos corpos de Stark (SMBL), previamente observado em cadeias com
𝑆 = 1/2. Além disso, nossas descobertas revelam que a presença apenas da anisotropia de
íon único é suficiente para impedir a termalização no sistema. Interessantemente, quando
as magnitudes do campo magnético e da anisotropia são comparáveis, elas competem,
favorecendo a delocalização. Apesar do potencial obstáculo da SMBL pela anisotropia de
íon único nesse cenário, ela introduz um mecanismo alternativo para a localização. Nossa
interpretação, considerando as restrições energéticas locais e ressonâncias entre estados
próprios degenerados, não apenas fornece insights sobre a SMBL, mas também abre ca-
minhos para investigações experimentais futuras sobre a fenomenologia enriquecida de
sistemas localizados desordenados livres com 𝑆 ≥ 1/2.
Abstract
The principles of ergodicity and thermalization constitute the foundation of sta-
tistical mechanics, stablishing that a many-body system loses progressively its local in-
formation as it evolves in time. Nevertheless, these principles can be disrupted when
thermalization dynamics lead to the conservation of local information, as observed in
the phenomenon known as many-body localization. Quantum spin chains provide a fun-
damental platform for exploring the dynamics of closed interacting quantum many-body
systems. This study explores the dynamics of a spin chain with 𝑆 ≥ 1/2 within the 𝐽1 −𝐽2
(or Majumdar-Ghosh) model, incorporating a non-uniform magnetic field and single-ion
anisotropy. Employing exact numerical diagonalization, we unveil that a nearly constant-
gradient magnetic field suppress thermalization, a phenomenon termed Stark many-body
localization (SMBL), previously observed in 𝑆 = 1/2 chains. Furthermore, our findings re-
veal that the presence of single-ion anisotropy alone is sufficient to prevent thermalization
in the system. Interestingly, when the magnitudes of the magnetic field and anisotropy
are comparable, they compete, favoring delocalization. Despite the potential hindrance
of SMBL by single-ion anisotropy in this scenario, it introduces an alternative mechanism
for localization. Our interpretation, considering local energetic constraints and resonances
between degenerate eigenstates, not only provides insights into SMBL but also opens ave-
nues for future experimental investigations into the enriched phenomenology of disordered
free localized 𝑆 ≥ 1/2 systems.
Palavras-chave
Termalização, Localização, Sistemas de muitos corpos
Citação
SOUSA, Márcio Guimarães de. Localização de estados quânticos em cadeias de spins com anisotropia. 2024. 78 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.141.