Valence bond approach to the low-energy physics of antiferromagnets
Approche liens de valence de la physique de basse énergie des systèmes antiferromagnétiques
Résumé
The purpose of this thesis is the treatment of the antiferromagnetic Heisenberg model within the valence bond basis, allowing for the description of its low-energy physics. The manuscript is organized in two parts: In the first part we utilize the fidelity concept in order to detect quantum phase transitions. It is notably shown, that this quantity is accessible in a valence bond projector quantum Monte Carlo algorithm, making available the fidelity approach to large scale simulations. The second part is devoted to the generalization of an idea going back to Rokhsar and Kivelson, which aims to map a Heisenberg model onto a numerically less demanding quantum dimer model. Starting from a rigourous derivation, the method is then applied to the kagomé lattice and allows to establish the existence of a tricritical point in the vicinity of the original model. The same technique is also used to treat the J1-J2-J3 Heisenberg model on the honeycomb lattice, showing the existence of a plaquette phase in a determined parameter regime.
L'objet de cette thèse est le traitement du modèle de Heisenberg antiferromagnétique dans la base de liens de valence, qui permet d'en décrire la physique de basse énergie. Le manuscrit est organisé en deux parties : dans la première nous utilisons le concept de fidélité afin de détecter les transitions de phases quantiques. Nous démontrons notamment que cette quantité est accessible dans un algorithme de Monte Carlo quantique, formulé dans la base de liens de valence, permettant ainsi de calculer la fidélité sur des systèmes de grande taille. La deuxième partie vise à développer l'idée initiale de Rokhsar et Kivelson, qui a pour but de transformer un modèle de Heisenberg en un modèle de dimères quantiques, généralement moins complexe d'un point de vue numérique. Après une dérivation rigoureuse, cette technique est appliquée au réseau kagomé et permet d'établir l'existence d'un point tricritique au voisinage du modèle initial. La même méthode est ensuite utilisée afin de traiter le modèle J1-J2-J3 sur le réseau hexagonal et démontre l'existence d'une phase plaquette dans un domaine de paramètres déterminé.