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Instituto de Física
 
Disciplinas Interdepartamentais do Instituto de Física
 
Disciplina: 4305358 - Fenômenos Emergentes em Matéria Quântica Correlacionada
EMERGENT PHENOMENA IN CORRELATED QUANTUM MATTTER

Créditos Aula: 6
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 90 h
Tipo: Semestral
Ativação: 15/07/2021 Desativação:

Objetivos
O objetivo principal deste curso é apresentar a relevância para a ciência de entender os novos fenômenos quânticos e exóticos que emergem de uma forte correlação entre diferentes graus de liberdade de elétrons (orbital, carga, espin) e modos de baixa energia (fônons, magnons, polarons etc.). A discussão se concentrará em alguns destes estados quânticos que vem sendo tema de intensa pesquisa, e cujo entendimento resulta em uma rota para o entendimento de fenômenos quânticos na física de muitos corpos. Tais novos estados e fases quânticas trazem uma nova definição chama de Matéria Quântica correlacionada, ideais para a realização de uma nova geração de materiais com potencial para aplicação de alta tecnologia.
 
The main goal of this course is to bring the audience a discussion of the state-of-the-art of novel and exotic quantum phenomena which emerge from strong correlation between different degrees of freedom of electron (spin, orbital, charge) and low-lying excitation modes (phonons, magnons, polarons, etc). The discussion will focus on some relevant cases, where degrees of freedom collectively mediated by low-energy scales interaction bring to new states of matter, remarkably different from those states in non-interacting system. Such novel quantum states and phases bring a new definition of Quantum Matter, whose comprehension is promising for the realization of a new generation of materials with potential for high-tech application.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
10592869 - Julio Antonio Larrea Jimenez
 
Programa Resumido
1)	Uma breve introdução de Transições de Fase Quântica e Pontos Críticos Quânticos. 
-	Revisão do paradigma de Landau-Ginzburg-Willson para as transições de fase clássicas.
-	Métodos experimentais para detector a existência do Ponto Crítico Quântico.

2)	Grau de liberdade de spin em fenômenos coletivos. 
-	Magnetismo clássico e Magnetismo Quântico.
-	Magnetismo frustrado e novos estados quânticos enramalhados.
-	Líquidos de spin e excitações quânticas exóticas.
-	Métodos experimentais que revelam a manifestação de fenômenos coletivos de emaranhamento de spin e suas excitações.

3)	Grau de liberdade de carga em fenômenos coletivos 
-	Revisão do paradigma do Landau-Fermi em fluidos de elétron.
-	A física das redes de Kondo.
-	Isolantes de Mott.
-	Férmions pesados e metais estranhos.
-	Métodos experimentais para descobrir as quasiparticulas de elétron correlacionadas e suas excitações de baixa energia.

4)	Grau de liberdade orbital em fenômenos coletivos  
-	Acoplamento spin-órbita e o efeito Rashba.
-	Ordem multipolar e novos estados emergentes.
-	Métodos experimentais para esclarecer os ordens multipolar.

5)	Supercondutividade não convencional.
-	Aparição da supercondutividade não convencional na vizinhança de um Ponto Crítico Quântico.
-	Exemplos de supercondutores não convencional além dos experimentos.
 
1) A brief Introduction of Quantum Phase transition and Quantum Critical Points. - Revision of Landau-Ginzburg-Willson paradigm for classical phase transition. - An overview of experimental methods to uncover the existence of a Quantum Critical Point. 2) Spin degrees of freedom in collective phenomena. - From classical Magnetism to Quantum Magnetism. - Frustrated Magnetism and novel entangled quantum states. - Spin liquids and exotic quantum excitations. - An overview of experimental methods to reveal the manifestation of collective spins entanglement and their low-lying excitation. 3) Charge degrees of freedom in collective phenomena. - Revision of the Landau-Fermi Paradigm in electron fluids. - Kondo physics in lattice. - Mott Insulators in lattice. - Heavy fermions and strange metals. - An overview of experimental methods that uncover the manifestation of correlated charge-electron quasiparticles and their low-lying excitation. 4) Orbital degrees of freedom in collective phenomena - Spin-Orbit coupling and Rashba effect. - Multipolar Orders and emergent novel states. - An overview of experimental methods to demystify multipolar orders. 5) Unconventional-superconductivity. - Emergence of unconventional superconductivity close to quantum phase transition. - Examples of realization of unconventional superconductivity: Experiments and beyond.
 
 
Programa
1)	Uma breve introdução de Transições de Fase Quântica e Pontos Críticos Quânticos. 
-	Revisão do paradigma de Landau-Ginzburg-Willson para as transições de fase clássicas.
-	Métodos experimentais para detector a existência do Ponto Crítico Quântico.

2)	Grau de liberdade de spin em fenômenos coletivos. 
-	Magnetismo clássico e Magnetismo Quântico.
-	Magnetismo frustrado e novos estados quânticos enramalhados.
-	Líquidos de spin e excitações quânticas exóticas.
-	Métodos experimentais que revelam a manifestação de fenômenos coletivos de emaranhamento de spin e suas excitações.

3)	Grau de liberdade de carga em fenômenos coletivos 
-	Revisão do paradigma do Landau-Fermi em fluidos de elétron.
-	A física das redes de Kondo.
-	Isolantes de Mott.
-	Férmions pesados e metais estranhos.
-	Métodos experimentais para descobrir as quasiparticulas de elétron correlacionadas e suas excitações de baixa energia.

4)	Grau de liberdade orbital em fenômenos coletivos  
-	Acoplamento spin-órbita e o efeito Rashba.
-	Ordem multipolar e novos estados emergentes.
-	Métodos experimentais para esclarecer os ordens multipolar.

5)	Supercondutividade não convencional.
-	Aparição da supercondutividade não convencional na vizinhança de um Ponto Crítico Quântico.
-	Exemplos de supercondutores não convencional além dos experimentos.
 
1) A brief Introduction of Quantum Phase transition and Quantum Critical Points. - Revision of Landau-Ginzburg-Willson paradigm for classical phase transition. - An overview of experimental methods to uncover the existence of a Quantum Critical Point. 2) Spin degrees of freedom in collective phenomena. - From classical Magnetism to Quantum Magnetism. - Frustrated Magnetism and novel entangled quantum states. - Spin liquids and exotic quantum excitations. - An overview of experimental methods to reveal the manifestation of collective spins entanglement and their low-lying excitation. 3) Charge degrees of freedom in collective phenomena. - Revision of the Landau-Fermi Paradigm in electron fluids. - Kondo physics in lattice. - Mott Insulators in lattice. - Heavy fermions and strange metals. - An overview of experimental methods that uncover the manifestation of correlated charge-electron quasiparticles and their low-lying excitation. 4) Orbital degrees of freedom in collective phenomena - Spin-Orbit coupling and Rashba effect. - Multipolar Orders and emergent novel states. - An overview of experimental methods to demystify multipolar orders. 5) Unconventional-superconductivity. - Emergence of unconventional superconductivity close to quantum phase transition. - Examples of realization of unconventional superconductivity: Experiments and beyond.
 
 
Avaliação
     
Método
i) Aulas teóricas, com discussão professor e aluno. ii) Case Study em grupos, discussão de Estudo de um Caso preparado em base a artigos recentes de impacto iii) Provas escritas baseados na discussão de aula iv) Aluno de graduação terá uma discussão nível de pós-graduação e interação com alunos de pós-graduação.
Critério
CASE STUDIES (sessenta por cento) e PROVAS ESCRITAS (quarenta por cento)
Norma de Recuperação
Nao haverá prova recuperação
 
Bibliografia
     
1) Steven M. Girvin and Kun Yan, Modern Condensed Matter Physics (2019)
 2)  Subir Sachdev, Quantum Phase Transition, Second Edition.
 3) J. M. D. Coey, Magnetism and Magnetic Materials.
 4) A.C. Hewson, the Kondo Problem to Heavy Fermion
 

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