Open this publication in new window or tab >>2021 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Strongly interacting many-body quantum systems constitute some of the most challenging problems in physics, and exact analytical solutions are rare. In this thesis, we will investigate the models of two such systems numerically using the unbiased worm-algorithm Monte Carlo method.
The first model is the t-J model, which describes strongly correlated lattice electrons and is thought to capture the essential physics of high-temperature superconductors. Of particular interest to us is the emergent magnetic polaron studied in the first two papers. The microscopic pairing mechanism between these quasiparticles remains one of the most outstanding open questions in condensed matter physics.
The second model is an extended multi-component Bose--Hubbard model, which describes lattice bosons of multiple species. This model is essential to the third paper, in which we demonstrate a novel superfluid phenomenon in the form of a dissipationless drag effect that couples the different superfluid components of a superfluid mixture in a noncollinear fashion. Dissipationless drag is a fundamental effect present in a diverse set of physical systems. In the fourth paper, we further use the Bose--Hubbard model to study other new superfluid phenomena that arise when the number of superfluid components is increased.
A general introduction to the research field is first given in the thesis, after which some prerequisites are refreshed. Then essential concepts are introduced, and the numerical method is outlined and benchmarked. Following that is a summary of the research carried out.
Abstract [sv]
Kvantfysikaliska system med många starkt interagerande partiklar utgör några av de svåraste problemen inom fysiken och exakta analytiska lösningar är därför sällsynta. I denna avhandling studeras två sådana system med hjälp av en kontrollerbar numerisk metod vid namn mask-Monte Carlo.
Den första modellen som studeras är t-J modellen vilken beskriver starkt korrelerade gitterelektroner och som förväntas skildra de väsentliga egenskaperna hos högtemperatursupraledare. Av särskilt intresse för denna avhandling är emergensen av magnetiska polaroner vilka studeras i de två första artiklarna. Den mikroskopiska parbildningsmekanismen mellan dessa kvasipartiklar kvarstår som ett ännu olöst problem inom den kondenserade materiens fysik.
Den andra modellen som studeras är en utökning av den multikomponenta Bose-Hubbard-modellen och beskriver flera olika arter av gitterbosoner. Denna modell används i den tredje artikeln för att påvisa ett nytt fenomen där drag-växelverkan kopplar två blandbara superfluida komponenter på ett icke-kolinjärt vis. Det bör påpekas att konventionell dissipationslös drag-växelverkan är ett fenomen som återfinns i en mångfald av fysikaliska system. Med hjälp av Bose-Hubbard-modellen studeras i den fjärde artikeln fenomen som uppstår när antalet superfluida komponenter ökas.
I avhandlingen ges först en allmän introduktion till de forskningsfält som berörs, därefter följer ett kapitel i vilket förkunskaper inom området gås igenom. Efter detta introduceras en handfull nödvändiga koncept varpå den numeriska metoden beskrivs och vissa av dess resultat verifieras. Därefter följer slutligen en sammanfattning av forskningen som bedrivits.
Place, publisher, year, edition, pages
KTH Royal Institute of Technology, 2021. p. 108
Series
TRITA-SCI-FOU ; 2021:32
National Category
Condensed Matter Physics
Research subject
Physics; Physics, Theoretical Physics
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-300969 (URN)978-91-7873-975-2 (ISBN)
Public defence
2021-10-01, FB42 och via Zoom, Roslagstullsbacken 21, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
2021-09-032021-09-032022-06-25Bibliographically approved