| Transizioni
di fase quantistiche
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L’analisi delle transizioni di fase quantistiche ha
attratto recentemente un notevole interesse sia dal punto di vista
teorico che sperimentale. Si dicono
quantistiche le transizioni di fase che avvengono alla temperatura dello
zero assoluto variando un opportuno parametro di controllo di natura non
termica come ad esempio: la variazione di
energia negli arrays di giunzioni Josephson che controlla in essi
la transizione superconduttore-isolante;
il campo magnetico in sistemi di Hall quantistici che controlla la
transizione tra plateau di Hall quantizzati; il doping nei
superconduttori non convenzionali che distrugge l'ordine di spin
antiferromagnetico; il disordine in un conduttore in vicinanza della
transizione metallo-isolante che determina la conduttività a
temperatura zero; etc.
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Proprietà a basse temperature nella regione di influenza di un punto
critico quantistico
Abbiamo studiato la transizione di fase quantistica e
le proprietè a bassa temperatura di un'ampia varietà di sistemi quantistici,
come sistemi con dinamica
tipo modello di Ising trasverso [Ref2003c,
Ref2003e],
sistemi ferromagnetici planari di Heisenberg in campo magnetico
trasverso [Ref2003f,
Ref2005a]
e composti con unità strutturali di spin
(come dimeri o ladders) accoppiate ferromagneticamente che presentano
una transizione di fase quantistica indotta da un campo magnetico
[Ref2006d].
Mediante l'uso del gruppo di rinormalizzazione, abbiamo
determinato il diagramma di fase, gli esponenti critici e
le funzioni di scaling per il crossover tra
i diversi regimi che si hanno in vicinanza del punto critico quantistico.
Recentemente abbiamo formulato un nuovo approccio generale per
analizzare lo scenario critico quantistico,
[Ref2005c]
che consiste nell'applicare
la filosofia del gruppo di rinormalizzazione ad un funzionale classico effettivo
derivato dall'azione quantistica mediando sui gradi di libertà con frequenza di
Matsubara non nulla. Esso consente, tra l'altro, di descrivere in maniera unificata
tutti i crossover attesi nel dominio di influenza del punto critico quantistico
e di dare nuove risposte a problemi ancora irrisolti nel caso più
realistico di sistemi disordinati.
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Effetti di disordine quenched sulle proprietà critiche quantistiche
E’
stato recentemente suggerito che gli effetti dovuti alla presenza del
disordine, in competizione con fluttuazioni critiche quantistiche,
possono svolgere un ruolo determinante nell’interpretazione dei
comportamenti non convenzionali osservati a basse temperature in molti
materiali innovativi. Tuttavia, i risultati teorici fino ad oggi
ottenuti risultano spesso in conflitto tra loro e con i dati
sperimentali. Un altro aspetto ancora non chiaro è l’influenza delle “regioni
rare” e delle conseguenti singolarità di Griffiths nei
sistemi disordinati con transizione quantistica. Risulta quindi di
grande interesse riesaminare dalle basi certe questioni cruciali
relative ai sistemi quantistici disordinati che solo qualche anno fa
sembravano chiarite in maniera soddisfacente. Inoltre i sistemi con
transizione di fase quantistica presentano di per sè aspetti ancora non
chiariti anche in assenza di impurezze (ad esempio, manca al presente
una descrizione soddisfacente del cosiddetto “crossover
classico-quantistico” in cui la temperatura assume il ruolo di
parametro di crossover). Nuove e più approfondite indagini sono
pertanto indispensabili per giungere ad una ragionevole interpretazione
della grande mole di dati sperimentali disponibili, con particolare
riferimento alla regione di influenza dei punti critici quantistici oggi
fisicamente accessibile in molte situazioni di interesse.
Effetti di disordine
anisotropo sul comportamento critico classico e quantistico
In molte situazioni sperimentali, risultano evidenti comportamenti
anomali che possono ritenersi imputabili alla presenza di disordine
quenched anisotropo.
Un esempio significativo è il disordine esteso e quello ad esso
equivalente indotto dalle fluttuazioni quantistiche in sistemi con
disordine spaziale isotropo in vicinanza di una transizione di fase
quantistica. Esistono, tuttavia, anche nel regime classico, situazioni
più complesse che sono state poco esplorate. Vista la complessità
di certi materiali innovativi, è certamente di grande interesse
chiarire il ruolo del disordine anisotropo in vicinanza di punti di
transizione per un'adeguata interpretazione dei dati
sperimentali. A riguardo è stato effettuato uno studio degli
effetti indotti dal disordine
quenched, con anisotropie di varia natura, sul comportamento
critico in sistemi
classici e quantistici. I risultati appaiono di notevole interesse
sperimentale, ad esempio
per superconduttori non convenzionali e per sistemi magnetici a bassa
dimensionalità,
a causa delle difficoltà di interpretazione dei fenomeni osservati
quando sono presenti simultaneamente più specie di difetti e/o
impurezze di natura fisicamente diversa.
[Ref1999h,
Ref2002a]
Comportamento critico
quantistico in sistemi
ferromagnetici metallici disordinati
Mediante tecniche di teoria di campo è stato
studiato il comportamento critico quantistico di un sistema
ferromagnetico di elettroni itineranti in presenza di disordine
quenched.In particolare sono state incluse nella trattazione tutte le
eccitazioni a bassa energia del sistema, ovvero quelle che descrivono la
dinamica delle fluttuazioni del parametro d'ordine magnetico e le
eccitazioni particella-lacuna (di tipo diffusivo per sistemi disordinati).
È stata quindi derivata una teoria di campo effettiva che descrive il
comportamento critico quantistico di ferromagneti itineranti in presenza
di disordine quenched. La teoria così ottenuta risulta locale e l’azione
effettiva è stata risolta esattamente, essendo possibile risommare
tutti gli ordini dello sviluppo perturbativo. Per dimensioni d>2,
si è determinata una teoria completa per il comportamento critico
quantistico del sistema in esame, ottenendo anche il valore esatto degli
esponenti critici, le correzioni logaritmiche delle leggi a potenza di
scaling, e le connessioni con alcuni precedenti approcci teorici al
problema. È stato infine calcolato il comportamento critico di diverse
variabili fisiche vicino la transizione, come il calore specifico, la
magnetizzazione, la suscettività statica, la conduttività elettrica e
la densità degli stati di tunnel. Tali specifiche predizioni per il
comportamento delle osservabili fisiche sono di particolare rilevanza
soprattutto per la possibile realizzazione di una verifica sperimentale
di questa teoria.
[Ref2001b,
Ref2001c,
Ref2003g]
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