Magnetismo de Kitaev estendido em campos magnéticos

Nos últimos anos, a física do modelo de spin-1/2 de Kitaev na rede favo de mel e de suas generalizações tem atraído um enorme interesse, motivado pela busca pela compreensão de aspectos fundamentais e realizações experimentais de líquidos de spin quânticos. Um avanço notório nessa área foi a descoberta de que, quando aplicado em direções específicas, um campo magnético é capaz de induzir um líquido de spin topológico com gap no magneto quântico ∝-RuCl3. Em paralelo, a busca por outros materiais magnéticos com forte acoplamento spin-órbita resultou em propostas recentes de candidatos a realizar versões de spin-1 e spin-3/2 da interação de Kitaev. Notavelmente, a ausência de simetria de rotação de spin nesses sistemas induz processos de magnetização altamente anisotrópicos e novos estados magnéticos. Dado um contexto tão rico, esta dissertação tem como objetivo aprofundar o conhecimento dos efeitos de campo magnéticos em sistemas de Kitaev generalizados por meio de três contribuições. Primeiro, nós empregamos uma combinação de teoria de ondas de spin lineares e não-lineares para estudar as fases ordenadas induzidas por campos magnéticos no modelo Heisenberg-Kitaev, tipicamente tido como um modelo mínimo para descrever magnetismo de Kitaev para diferentes números quânticos de spin S. Com o desenvolvimento de uma expansão consistente em 1/S, nós analisamos a influência de flutuações quânticas de primeira ordem em observáveis físicos e nos diagramas de fases dos casos experimentalmente relevantes de S = 1/2, 1 e 3/2. Segundo, nós consideramos um modelo de spins mais realístico para descrever a resposta elástica a baixas temperaturas de ∝-RuCl3 em um campo magnético externo e sob pressão uniaxial pequena. Nossos resultados sugerem que aspectos anômalos encontrados em experimentos indicam a presença de um regime quântico a campos intermediários. Finalmente, retornamos ao modelo de Heisenberg-Kitaev em um campo magnético, porém agora empregando a técnica numérica de diagonalização exata para S = 1/2. Além de obter resultados em bom acordo com o nosso estudo de ondas de spin, nós reportamos possíveis evidências para um novo ponto tricrítico quântico. (AU)