Magnetic-field-induced superconductivity in layered organic molecular crystals with localized magnetic moments

The synthetic organic compound λ(BETS)2FeCl4 undergoes successive transitions from an antiferromagnetic insulator to a metal and then to a superconductor as a magnetic field is increased. We use a Hubbard-Kondo model to clarify the role of the Fe3+ magnetic ions in these phase transition. In the high-field regime, the magnetic field acting on the electron spins is compensated by the exchange field He due to the magnetic ions. This suggests that the field-induced superconducting state is the same as the zero-field superconducting state which occurs under pressure or when the Fe3+ ions are replaced by non-magnetic Ga3+ ions. We show how Hc can be extracted from the observed splitting of the Shybnikov-de Haas frequencies. Furthermore, we use this method of extracting He to predict the field range for field-induced superconductivity in other materials. We also show that at high fields the spin fluctuations of the localized spins are not important.

A new integrable model of strongly correlated electrons with Hubbard-like interaction

A new completely integrable model of strongly correlated electrons is proposed which describes two competitive interactions: one is the correlated one-particle hopping, the other is the Hubbard-like interaction. The integrability follows from the fact that the Hamiltonian is derivable from a one-parameter family of commuting transfer matrices. The Bethe ansatz equations are derived by algebraic Bethe ansatz method.

Free field and parafermionic realizations of twisted su(3)(k)((2)) current algebra

Free field and twisted parafermionic representations of twisted su(3)(k)((2)) current algebra are obtained. The corresponding twisted Sugawara energy-momentum tensor is given in terms of three (beta, gamma) pairs and two scalar fields and also in terms of twisted parafermionic currents and one scalar field. Two screening currents of the first kind are presented in terms of the free fields.

Exact solution at integrable coupling of a model for the Josephson effect between small metallic grains

A model is introduced for two reduced BCS systems which are coupled through the transfer of Cooper pairs between the systems. The model may thus be used in the analysis of the Josephson effect arising from pair tunneling between two strongly coupled small metallic grains. At a particular coupling strength the model is integrable and explicit results are derived for the energy spectrum, conserved operators, integrals of motion, and wave function scalar products. It is also shown that form factors can be obtained for the calculation of correlation functions. Furthermore, a connection with perturbed conformal field theory is made.

Integrable coupling in a model for Josephson tunneling between non-identical BCS systems

We extend a recent construction for an integrable model describing Josephson tunneling between identical BCS systems to the case where the BCS systems have different single particle energy levels. The exact solution of this generalized model is obtained through the Bethe ansatz.

Electric-field-induced Mott insulating states in organic field-effect transistors

We consider the possibility that the electrons injected into organic field-effect transistors are strongly correlated. A single layer of acenes can be modeled by a Hubbard Hamiltonian similar to that used for the κ-(BEDT-TTF)2X family of organic superconductors. The injected electrons do not necessarily undergo a transition to a Mott insulator state as they would in bulk crystals when the system is half-filled. We calculate the fillings needed for obtaining insulating states in the framework of the slave-boson theory and in the limit of large Hubbard repulsion U. We also suggest that these Mott states are unstable above some critical interlayer coupling or long-range Coulomb interaction.

Magnetic-field-induced superconductivity in layered organic molecular crystals with localized magnetic moments

l-(BETS)2FeCl4 undergoes transitions from an antiferromagnetic insulator to a metal and then to a superconductor as a magnetic field is increased. We use a Hubbard-Kondo model to clarify the role of the Fe31 magnetic ions in these phase transitions. In the high-field regime, the magnetic field acting on the electron spins is compensated by the exchange field He due to the magnetic ions. We show how He can be extracted from the observed splitting of the Shubnikov–de Haas frequencies. We predict the field range for field-induced superconductivity in other materials.

R-matrices and the tensor product graph method

A systematic method for constructing trigonometric R-matrices corresponding to the (multiplicity-free) tensor product of any two affinizable representations of a quantum algebra or superalgebra has been developed by the Brisbane group and its collaborators. This method has been referred to as the Tensor Product Graph Method. Here we describe applications of this method to untwisted and twisted quantum affine superalgebras.

Method for determining the shear stress in cylindrical systems

We develop a method for determining the elements of the pressure tensor at a radius r in a cylindrically symmetric system, analogous to the so-called method of planes used in planar systems [B. D. Todd, Denis J. Evans, and Peter J. Daivis, Phys. Rev. E 52, 1627 (1995)]. We demonstrate its application in determining the radial shear stress dependence during molecular dynamics simulations of the forced flow of methane in cylindrical silica mesopores. Such expressions are useful for the examination of constitutive relations in the context of transport in confined systems.

Influence of constraining and confinement in the molecular mobility of low molecular weight materials

Dissertation presented to obtain a Ph.D. Degree in Chemical Physics

Méthode de calcul à N-corps basée sur la G0W0 : étude du couplage électron-phonon dans le C60 et développement d’une approche accélérée pour matériaux organiques

La présente thèse porte sur les limites de la théorie de la fonctionnelle de la densité et les moyens de surmonter celles-ci. Ces limites sont explorées dans le contexte d'une implémentation traditionnelle utilisant une base d'ondes planes. Dans un premier temps, les limites dans la taille des systèmes pouvant être simulés sont observées. Des méthodes de pointe pour surmonter ces dernières sont ensuite utilisées pour simuler des systèmes de taille nanométrique. En particulier, le greffage de molécules de bromophényle sur les nanotubes de carbone est étudié avec ces méthodes, étant donné l'impact substantiel que pourrait avoir une meilleure compréhension de ce procédé sur l'industrie de l'électronique. Dans un deuxième temps, les limites de précision de la théorie de la fonctionnelle de la densité sont explorées. Tout d'abord, une étude quantitative de l'incertitude de cette méthode pour le couplage électron-phonon est effectuée et révèle que celle-ci est substantiellement plus élevée que celle présumée dans la littérature. L'incertitude sur le couplage électron-phonon est ensuite explorée dans le cadre de la méthode G0W0 et cette dernière se révèle être une alternative substantiellement plus précise. Cette méthode présentant toutefois de sévères limitations dans la taille des systèmes traitables, différents moyens théoriques pour surmonter ces dernières sont développés et présentés dans cette thèse. La performance et la précision accrues de l'implémentation résultante laissent présager de nouvelles possibilités dans l'étude et la conception de certaines catégories de matériaux, dont les supraconducteurs, les polymères utiles en photovoltaïque organique, les semi-conducteurs, etc.

Énergie des vortex dans un modèle abélien de Higgs en 2+1 dimensions avec un potentiel d’ordre six

Dans ce travail, j’étudierai principalement un modèle abélien de Higgs en 2+1 dimensions, dans lequel un champ scalaire interagit avec un champ de jauge. Des défauts topologiques, nommés vortex, sont créés lorsque le potentiel possède un minimum brisant spontanément la symétrie U(1). En 3+1 dimensions, ces vortex deviennent des défauts à une dimension. Ils ap- paraissent par exemple en matière condensée dans les supraconducteurs de type II comme des lignes de flux magnétique. J’analyserai comment l’énergie des solutions statiques dépend des paramètres du modèle et en particulier du nombre d’enroulement du vortex. Pour le choix habituel de potentiel (un poly- nôme quartique dit « BPS »), la relation entre les masses des deux champs mène à deux types de comportements : type I si la masse du champ de jauge est plus grande que celle du champ sca- laire et type II inversement. Selon le cas, la dépendance de l’énergie au nombre d’enroulement, n, indiquera si les vortex auront tendance à s’attirer ou à se repousser, respectivement. Lorsque le flux emprisonné est grand, les vortex présentent un profil où la paroi est mince, permettant certaines simplifications dans l’analyse. Le potentiel, un polynôme d’ordre six (« non-BPS »), est choisi tel que le centre du vortex se trouve dans le vrai vide (minimum absolu du potentiel) alors qu’à l’infini le champ scalaire se retrouve dans le faux vide (minimum relatif du potentiel). Le taux de désintégration a déjà été estimé par une approximation semi-classique pour montrer l’impact des défauts topologiques sur la stabilité du faux vide. Le projet consiste d’abord à établir l’existence de vortex classi- quement stables de façon numérique. Puis, ma contribution fut une analyse des paramètres du modèle révélant le comportement énergétique de ceux-ci en fonction du nombre d’enroulement. Ce comportement s’avèrera être différent du cas « BPS » : le ratio des masses ne réussit pas à décrire le comportement observé numériquement.

Extension of explicit formulas in Poissonian white noise analysis using harmonic analysis on configuration spaces

Harmonic analysis on configuration spaces is used in order to extend explicit expressions for the images of creation, annihilation, and second quantization operators in L2-spaces with respect to Poisson point processes to a set of functions larger than the space obtained by directly using chaos expansion. This permits, in particular, to derive an explicit expression for the generator of the second quantization of a sub-Markovian contraction semigroup on a set of functions which forms a core of the generator.