Manipulando e sondando correlações fortes em sistemas de matéria condensada

• Processo: 24/09202-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2027
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Victor Luiz Quito
• Beneficiário: Victor Luiz Quito
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/22900-8 - Engenharia de Floquet e dinâmica exata de sistemas quânticos de poucos níveis, BP.IC
• Assunto(s): Férmions pesados Sistemas desordenados
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Engenharia de Floquet | espectroscopia bidimensional | fermions pesados | sistemas desordenados | sistemas magnéticos frustrados | sistemas unidimensionais | Sistemas quânticos de muitos corpos

Resumo

Em muitos sistemas de matéria condensada, descartar as interações entre seus constituintes ou considerá-las como perturbações consiste em uma excelente primeira aproximação. No entanto, é quando essa aproximação falha que fases notáveis da matéria podem aparecer. Essas fases de interesse são frequentemente confinadas a pequenas regiões de diagramas de fases, apresentando desafios para sua caracterização teórica e realização experimental. Várias dessas fases também apresentam respostas dinâmicas e termodinâmicas ambíguas. A busca de métodos teóricos para explorar univocamente essas fases torna-se, portanto, imperativa. O principal objetivo deste projeto é buscar novas formas teóricas de acessar e caracterizar fases fortemente correlacionadas da matéria com base em avanços teóricos e experimentais recentes. Para acessar tais fases, é altamente desejável investigar maneiras externas que permitam a expansão de fases confinadas a pequenas regiões dos diagramas de fases, atuando de forma análoga à aplicação de pressão ou dopagem de cristais. Uma maneira recente de sucesso é o acoplamento de sistemas com potenciais periódicos externos, tipicamente, com a radiação eletromagnética. Esta técnica é conhecida como engenharia Floquet. Esta técnica de não-equilíbrio permite manipular sistemas quânticos, podendo induzir transições de fase para fases cuja existência é rara em equilíbrio e permitindo o acesso a novos pontos críticos. Este projeto visa usar a engenharia Floquet para acessar e manipular várias fases correlacionadas usando luz não polarizada e parcialmente polarizada em modelos realistas para descrever materiais. Vamos nos concentrar em sistemas magnéticos quânticos e redes de Kondo, aproximando algumas de suas fases mais interessantes da realização experimental. Começaremos com os diagramas de fase de equilíbrio e analisaremos quais novos acoplamentos são gerados pela engenharia de Floquet. A frequência e intensidade da luz são então selecionadas para amplificar as fases de maior interesse. Também exploraremos maneiras de evitar o aquecimento pela radiação, explorando a luz quântica em cavidades. Para sondar essas fases, vamos nos basear no avanço experimental na geração de pulsos coerentes no regime terahertz, o que nos coloca na janela de energia correta para estudar essas excitações. A espectroscopia multidimensional consiste em bombear múltiplos pulsos de luz com espaçamentos temporais arbitrários. A interação das excitações com múltiplos pulsos permite que estas interferiram quanticamente, viabilizando o acesso a informações inacessíveis em sondas lineares, de pulso único. Neste projeto, nosso objetivo é calcular e analisar a espectroscopia multidimensional na presença de desordem, tanto em fases metálicas quanto em sistemas quânticos em baixas dimensões. Estudaremos em detalhes modelos de sistemas magnéticos frustrados, visando caracterizar os diferentes tipos de excitações emergentes separadamente. (AU)