Κβαντικές Καταστάσεις Τάξεως Στις Διεπιφάνειες LaTiO3/SrTiO3, LaVO3/SrTiO3 και LaAlO3/SrTiO3

Abstract

Έχει αποδειχθεί από την ομάδα του Ε.Μ.Π. στο παρελθόν ότι οι κβαντικές καταστάσεις τάξεως ενός υγρού Fermi όταν συνυπάρχουν επιβάλλουν και πρόσθετες συγκεκριμένες καταστάσεις τάξεως. Όλες μαζί οι φάσεις εμφανίζονται σε περιοχές κοντά σε κβαντικά κρίσιμα σημεία διαφόρων υλικών ισχυρά συσχετισμένων ηλεκτρονίων. Στα πλαίσια της διατριβής του ο κύριος Γ. Λιβανάς εξετάζει την επιβολή της συνύπαρξης φάσεων σε διεπιφάνειες και ετεροδομές διεπαφών προσομοιώνοντας στον πραγματικό χώρο και στις δύο διαστάσεις με τη μέθοδο Bogoliubov-deGennes μοντέλα Hubbard εκτεταμένα τα οποία με κατάλληλα επιλεγμένες παραμέτρους αναπαράγουν τις επιθυμητές παραμέτρους. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η επέκταση στις τρεις διαστάσεις της μεθόδου του κυρίου Λιβανά σε διεπαφές κατά τις (0,0,1) και (1,0,0) διευθύνσεις φυλλοειδών συστημάτων αλλά και σε διαγώνιες διεπαφές κατά την (1,1,0) για τη μελέτη διεπαφών που εμπλέκουν κύματα πυκνότητας σπιν (SDW), κύματα πυκνότητας φορτίου(CDW) και σιδηρομαγνητισμό (FM). Επιπλέον επέκταση θα μας επιτρέψει την προσομοίωση περισσότερων της μιας διεπαφών ώστε να μπορέσουμε να μελετήσουμε περισσότερο περίπλοκες ετεροδομές. Αποδεικνύεται ότι πράγματι, όπως αναμένεται, η συνύπαρξη οποιουδήποτε ζεύγους αυτών των δύο παραμέτρων τάξεως στη διεπιφάνεια επιβάλλει και την παρουσία της τρίτης παραμέτρου στην περιοχή. Επιπλέον, θα μελετηθεί η σταθεροποίηση ή η εξαφάνιση της φάσης του SDW κάτω από διάφορες συνθήκες. Το παράδειγμα εμφάνισης μεταλλικού σιδηρομαγνητισμού στη διεπαφή ανάμεσα σε μονωτές CDW και SDW εξετάζεται σε σχέση με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα σε διεπαφές LaTiO3/SrTiO3, LaVO3/SrTiO3 και LaAlO3/SrTiO3. Δίνουμε μια εναλλακτική ερμηνεία του φαινομένου της εμφάνισης διδιάστατου αερίου ηλεκτρονίων στη διεπιφάνεια των μονωτών αυτών. Η κατάλληλη προσαρμογή των παραμέτρων οδηγεί στην ύπαρξη ή μη ενός κατωφλίου στον αριθμό των επιπέδων των υλικών που δημιουργούν τη διεπαφή, ώστε να εμφανισθεί η συνύπαρξη που μελετάται σε συμφωνία με τα πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα. Μελέτη διαγώνιων διεπαφών κατά την (1,1,0) αποδεικνύουν ότι το φαινόμενο εξακολουθεί να υπάρχει και σε αυτή τη διεύθυνση επεξηγώντας πειραματικά αποτελέσματα που άλλες ερμηνείες οι οποίες έχουν μέχρι στιγμής προταθεί αδυνατούν. Διαγώνιες διεπαφές ανάμεσα σε υπεραγώγιμες και μαγνητικές καταστάσεις έδωσαν επίσης αναμενώμενα αποτελέσματα επιβεβαιώνοντας την ορθότητα των αριθμητικών υπολογισμών.

It has already been proved by the N.T.U.A. group that quantum states of order appearing in a Fermi liquid enforce the emergence of additional states of order when they coexist. On the same footing, these phases ap- pear in regions near quantum critical points of different materials which are described by strongly correlated electrons. Dr G.Livanas, at the framework of his thesis, investigated the enforcement of coexistent phases at interfaces and heterostructures in two-dimensional real space by using Bogoliubov- deGennes method in Extended Hubbard models with properly chosen pa- rameters which simulate real system interfaces. The purpose of this thesis is the extension of Dr Livanas' code in three dimensions to describe in- terfaces lied along (0,0,1) or (1,0,0) dimension and also diagonal interfaces along (1,1,0) for the study of interfaces involving spin density waves (SDW), charge density waves (CDW) and ferromagnetism (FM). Further extension will give the green light so as to be able to examine more complicated het- erostructures. We prove that, indeed, the coexistence of any two of these states of order at the interface enforces the presence of the third phase at the region. Moreover, the stabilization or diasappearance of the phase of SDW under different conditions will be examined. We can associate the appearance of the metallic ferromagnetism between CDW and SDW insula- tors with recent experimental results at LaTiO3/SrTiO3, LaAlO3/SrTiO3 and LaV O3/SrTiO3 interfaces. We describe a substitutional interpretation of the appearance of a 2D electron gas at these interfaces. The appropriate adaption of the model's parameters leads to the appearance or disappearance of a threshold in the number of planes which are necessary to establish the coexistence and the generation of the metallic ferromagnetism in agreement with the experiments. Furthermore, diagonal interfaces are studied with re- sults showing that the phenomenon continues to exist and explaining recent experiments, which was not feasible until now. Diagonal interfaces between superconductive and magnetic states lead to predictable results confirming the accuracy of our calculations.