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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Efeitos de localização de Anderson próximo à transição metal-isolante de Mott
Authors: Helena de Souza Braganca
First Advisor: Maria Carolina de Oliveira Aguiar
First Referee: Mario Sergio de Carvalho Mazzoni
Second Referee: Edmar Avellar Soares
Abstract: A repulsao coulombina entre eletrons altera consideravelmente as propriedades de certos materiais, que podem inclusive passar por uma transicao metal-isolante, a transicao de Mott, quando a energia dessa interacao torna-se mais relevante do que a energia cinetica do sistema. A presenca de desordem tambem pode limitar a mobilidade eletr^onica, gerando uma transicao metal-isolante conhecida como transicao de Anderson. Os dois mecanismos de localizacao se combinam, algumas vezes reforcando, outras vezes blindando os efeitos um do outro. Esta conjuncao entre os mecanismos de localizacao e relevante em sistemas reais e pode ser observada em trabalhos experimentais, em compostos como oxidos de metais de transicao e sais organicos, por exemplo, que possuem forte repulsao coulombiana. Dopantes sao acrescentados experimentalmente a esses sistemas com o objetivo de aumentar a pressao química, reduzindo a razao entre a energia de interacao eletron-eletron e a energia cinetica; esse procedimento, porem, introduz desordem aos sistemas. Grande avanco na descricao das transicoes de Mott e Anderson tem sido alcancado nas ultimas decadas, pelo desenvolvimento de tecnicas numericas capazes de descrever sistemas interagentes e desordenados. A transicao gerada por correlacao pode ser descrita pela Teoria de Campo Medio Dinamico, enquanto a Teoria do Meio Típico fornece um tratamento para a localizacao devido a desordem. O efeito conjunto de interacao e desordem no processo de localizacao das funcoes de onda eletronicas, no entanto, nao e assunto bem estabelecido na literatura, e e o tema de investigacao deste trabalho. Utilizamos uma combinacao da Teoria de Campo Medio Dinamico com a Teoria do Meio Típico para estudar o modelo de Hubbard, que descreve a competicao discutida acima entre energia de interacao eletron-eletron e energia cinetica. Acrescentamos desordem na energia local dos eletrons e realizamos o estudo a temperatura nita. Analisamos, dessa forma, diferentes regioes do diagrama de fase de sistemas correlacionados na presenca de desordem. Abaixo de uma temperatura crítica Tc, a transicao de Mott e de primeira ordem e apresenta uma regiao de coexistencia metal-isolante. Nossos resultados demonstram que a localizacao de Anderson tem efeitos relevantes sobre o sistema proximo a transicao de Mott, especialmente sobre a regiao de coexistencia, mesmo no regime de desordem pequena a moderada. Observamos que a localizacao de Anderson reduz o valor da interacao crítica para a qual ocorre a transicao, alem de tornar a regiao de coexistencia mais estreita. Analisamos tambem os efeitos de desordem sobre Tc. Os dados numericos obtidos neste trabalho sugerem que a temperatura crítica da transicao de Mott vai a zero quando aumentamos a desordem do sistema, revelando o ponto crítico quantico da transicao de Mott que, para desordens menores, e \escondido" pela regiao de coexistencia. Nossos resultados para outros regimes do diagrama de fase conrmam conclusoes presentes na literatura. Observamos, no limite de U pequeno, por exemplo, que a interacao blinda os efeitos de desordem proximo a transicao de Anderson. Alem disso, vemos que tanto o mecanismo de Mott quanto o de Anderson sao relevantes na localizacao das funcoes de onda eletronicas no regime de desordem e interacao grandes e comparaveis. Nesse caso, descrevemos um \crossover" entre um isolante de Mott desordenado e um isolante de Anderson correlacionado.
Abstract: The Coulomb repulsion between electrons strongly a ects the properties of a class of materials, which can go through a metal-insulator phase transition - the so called Mott transition, when this interaction energy becomes more relevant than the system kinetic energy. The presence of disorder also limits the electron mobility and can drive the systems through the Anderson metalinsulator transition. These two mechanisms for localization combine themselves, sometimes enhancing, sometimes reducing the e ects of each other. This interplay is important in real systems and is observed in experimental works performed on compounds such as transition metal oxides and organic salts, which show strong Coulomb repulsion. Experimentally, doping can be added to these systems with the goal of introducing chemical pressure, thus reducing the ratio between electron-electron interaction and kinetic energies; this procedure, however, adds disorder to the systems. Considerable progress on the description of Mott and Anderson transitions has been achieved in the last few decades due to the development of numerical approaches that are able to describe correlated and disordered systems. The transition driven by interactions can be described by dynamical mean eld theory, while typical medium theory provides a description of localization due to disorder. The combined e ect of both interactions and disorder on the electronic wave functions, specially on their possible localization, is not well established in the literature, however, and is the subject of this work. We use a combination of dynamical mean eld theory and typical medium theory to study the Hubbard model, which describes the competition cited above between electron-electron interaction and kinetic energies. In our model, the electron local energy changes from site to site according to a disorder distribution. Our calculation is performed at nite temperature. We are able to analyze di erent regions of the phase diagram valid for correlated systems in the presence of disorder. Below a critical temperature Tc, the Mott transition is of rst order and a metal-insulator coexistence region exists. According to our results, Anderson localization has important e ects near the Mott transition, specially on the coexistence region, even in the limit of small to moderate disorder. In particular, we observe that Anderson localization e ects decrease the critical interaction at which Mott transition occurs, as well as produce a narrower coexistence region in comparison with results obtained via standard-DMFT, which does not include Anderson localization e ects. In addition, we analyze how disorder a ects Tc. Our numerical data suggest that the critical temperature of the Mott transition goes to zero as we increase disorder, revealing the quantum critical point of this transition, which, for smaller disorder, is \hidden" by the coexistence region. Our results in other regimes of the phase diagram con rm conclusions known in the literature. In the limit of small U, near the Anderson transition, for example, we observe an e ect of disorder screening due to interactions. Furthermore, we see that both Anderson and Mott routes to localization are relevant in the regime of strong, comparable values of interaction and disorder. In this case, we describe a direct crossover between Mott and Anderson insulators, with the absence of an intermediate metallic phase.
Subject: Interação eletron-eletron
Transição ordem-desordem Termodinâmica
Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9HSKVT
Issue Date: 21-Feb-2014
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