Magnetism and Transport Phenomena in Spin-Charge Coupled Systems on Frustrated Lattices

در این پایان نامه، پدیده مغناطیس و حمل و نقل در سیستم های کوپل شده با بار اسپین بر روی شبکه های شکسته، با تمرکز بر مدل های شبکه ایزینگ اسپین کوندو و با استفاده از ترکیبی از شبیه سازی مونت کارلو و سایر تکنیک ها مانند محاسبات متغیر، به صورت تئوری بررسی می شود. و نظریه اغتشاش تأکید این مطالعه بر این است که چگونه همکاری جفت بار اسپین و سرخوردگی هندسی بر خواص ترمودینامیکی مدل‌های شبکه Kondo تأثیر می‌گذارد. ظهور حالت‌های مغناطیسی جدید، مانند حالت‌های بی‌نظمی جزئی، حالت مایع-حلقه، و حالت‌های خوشه‌ای اسپین را نشان می‌دهد. این پایان‌نامه همچنین نشان می‌دهد که حالت‌های مغناطیسی و الکترونیکی و ویژگی‌های انتقال این مدل‌ها ویژگی‌های عجیبی را نشان می‌دهند، مانند نیمه فلزات دیراک، عایق‌های هال غیرعادی، و اثرات اسپین هال. مطالعه حالت‌های مغناطیسی جدید و پدیده‌های حمل‌ونقل عجیب و غریب در سیستم‌های شبکه Kondo میدانی است که پیشرفت سریعی را تجربه می‌کند. تأثیر متقابل درجه آزادی بار و اسپین به طور بالقوه باعث ایجاد فازهای جدید و پدیده های انتقال می شود که به الکترون های همبسته قوی، مغناطیس سرخورده و حالت های توپولوژیکی ماده مربوط می شوند.

نتایج ارائه شده در این پایان نامه شامل می شود. محاسبات عددی بدون تقریب بر این اساس، آنها مقادیر مرجع قابل اعتمادی را هم برای مطالعه مغناطیس و انتقال مدل‌های مرتبط و هم برای کاوش تجربی حالت‌های جدید ماده در آهن‌رباهای فلزی ارائه می‌کنند.

In this thesis, magnetism and transport phenomena in spin-charge coupled systems on frustrated lattices are theoretically investigated, focusing on Ising-spin Kondo lattice models and using a combination of Monte Carlo simulation and other techniques such as variational calculations and perturbation theory. The emphasis of the study is on how the cooperation of spin-charge coupling and geometrical frustration affects the thermodynamic properties of the Kondo lattice models; it presents the emergence of various novel magnetic states, such as the partial disorder, loop-liquid, and spin-cluster states. The thesis also reveals that the magnetic and electronic states and transport properties of these models demonstrate peculiar features, such as Dirac half-metals, anomalous Hall insulators, and spin Hall effects. Study of novel magnetic states and exotic transport phenomena in Kondo lattice systems is a field experiencing rapid progress. The interplay of charge and spin degrees of freedom potentially gives rise to various novel phases and transport phenomena which are related to strongly correlated electrons, frustrated magnetism, and topological states of matter.

The results presented in this thesis include numerical calculations that are free from approximations. Accordingly, they provide reliable reference values, both for studying magnetism and transports of related models and for experimentally exploring novel states of matter in metallic magnets.