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http://hdl.handle.net/11422/29391
| Type: | Tese |
| Title: | A numerical investigation on percolation, quantum transport and correlated states |
| Author(s)/Inventor(s): | Oliveira, Wiliam da Silva |
| Advisor: | Costa, Natanael de Carvalho |
| Co-advisor: | Santos, Raimundo Rocha dos |
| Abstract: | Este trabalho apresenta uma investigação numérica de fenômenos induzidos por desordem e efeitos de forte correlação em modelos de rede da física da matéria condensada. A tese é dividida em duas partes principais. A primeira foca na percolação clássica e quântica em sistemas com flat-bands, bem como em protocolos de transferência de estados quânticos (QST); a segunda aborda a física fortemente correlacionada de férmions pesados no contexto do Modelo de Anderson Periódico (PAM). Iniciamos com o estudo da percolação clássica em redes de Lieb bidimensionais e tridimensionais, utilizando simulações de Monte Carlo e análise de escala de tamanho finito. Determinamos limiares precisos de percolação por sítio e por ligação, estabelecendo uma hierarquia dependente do número de coordenação, compatível com previsões de campo médio. Os expoentes críticos obtidos confirmam o comportamento universal esperado com base na dimensionalidade da rede. Estendendo a análise para o regime quântico, investigamos a percolação quântica (QP) por meio de estatísticas de espaçamento entre níveis de energia e teoria de matrizes aleatórias (RMT). Calculamos os limiares e expoentes críticos para a rede de Lieb e suas extensões, mostrando que QP mantém uma hierarquia semelhante à do caso clássico. O expoente do comprimento de localização, ν, corresponde às classes de universalidade conhecidas, não sendo observada a emergência de novos comportamentos críticos nos sistemas de flat-bands devido à quebra de simetria causada pela desordem fora da diagonal. Em seguida, exploramos protocolos de QST em redes bidimensionais, com ênfase no papel da estatística das partículas, interações e caos quântico. Utilizando um esquema de otimização dos acoplamentos baseado em annealing, alcançamos transferências de estado de alta fidelidade tanto para férmions sem spin quanto para bósons de caroço duro. Nossos resultados demonstram que o desempenho da QST é sensível à relação entre integrabilidade, interações e otimização, fornecendo uma visão mais ampla sobre a controlabilidade da dinâmica quântica em sistemas de muitos corpos. Na parte final, realizamos simulações de Monte Carlo Quântico determinantal para o PAM tridimensional. Ao analisar grandezas termodinâmicas, magnéticas e de transporte em diferentes regimes de hibridização, identificamos um ponto crítico quântico que separa fases antiferromagnéticas e singletos tipo Kondo. Mapeamos o diagrama de fases em temperatura finita, identificando escalas de energia associadas à coerência, ordenamento magnético e flutuações quânticas. |
| Abstract: | This work presents a numerical investigation of disorder-induced phenomena and strong correlation effects in lattice models of condensed matter physics. The work is divided into two main parts. The first focuses on classical and quantum percolation in flat-band systems as well on quantum state transfer (QST) protocols, while the second addresses strongly correlated physics of heavy-fermions within the Periodic Anderson Model (PAM). We begin by studying classical percolation on two- and three-dimensional Lieb lattices using Monte Carlo simulations and finite-size scaling. We determine precise site and bond percolation thresholds, establishing a coordination-dependent hierarchy consistent with mean-field predictions. The extracted critical exponents confirm universal behavior based on lattice dimensionality. Extending to the quantum regime, we analyze quantum percolation (QP) via level spacing statistics and random matrix theory (RMT). Thresholds and critical exponents are computed for the Lieb lattice and its extensions, showing that QP retains a hierarchy similar to the classical case. The localization length exponent ν is found to match known universality classes, with no emergent behavior in flat-band systems due to symmetry-breaking disorder. Next, we explore QST in two-dimensional lattices, focusing on the role of particle statistics, interactions, and quantum chaos. By employing an annealing-based coupling optimization scheme, we achieve high-fidelity transfer for both spinless fermions and hard-core bosons. Our results demonstrate that QST performance is sensitive to the interplay between integrability, interactions, and optimization, offering insights into controllable quantum dynamics in many-body systems. In the final part, we perform determinant Quantum Monte Carlo simulations of the three-dimensional PAM. By analyzing thermodynamic, magnetic, and transport observables across different hybridization strengths, we identify a quantum critical point separating antiferromagnetic and Kondo-singlet phases. We map out the corresponding finite-temperature phase diagram, establishing energy scales that characterize coherence, magnetic ordering, and quantum fluctuations. |
| Keywords: | Percolação Localização Transferência de estados quânticos Fermions pesados Monte Carlo quântico Percolation Localization Quantum state transfer Heavy-fermion Quantum Monte Carlo |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Production unit: | Instituto de Física |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 30-Apr-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | Física |
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