Many-Body effects in Weyl semimetals

• Autores: Joan Bernabeu Gómez
• Directores de la Tesis: Juan José Palacios Burgos (codir. tes.), Alberto Cortijo Fernández (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 239
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Domínguez-Adame Acosta (presid.), Jaime Merino Troncoso (secret.), Adolfo González Grushin (voc.), Cristina Manuel Hidalgo (voc.), Karl Landsteiner (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Física de la Materia Condensada y Nanotecnología
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • En las dos últimas décadas, el campo de los materiales topológicos ha suscitado un intenso interés tanto por parte de teóricos como de experimentalistas debido a sus anticipadas signaturas exóticas. Aunque el enfoque del campo suele centrarse en los aislantes, los semimetales topológicos como los semimetales de Weyl y de Dirac también presentan propiedades ricas y distintivas. En esta tesis estudiaremos los efectos que puede desencadenar la presencia de ciertas interacciones en estos sistemas. En primer lugar, en el Capítulo 2 nos centraremos en un posible régimen hidrodinámico, es decir, uno en el que la dispersión de fermiones se produce mediante interacciones electrón-electrón que conservan el momento, facilitando un transporte electrónico que puede diferir notablemente del régimen difusivo convencional. Aquí consideramos la posibilidad sugerida de que interacciones electrón electrón mediadas por fonones puedan ser la causa del posible comportamiento hidrodinámico observado en algunos materiales de Weyl como WP2 y WTe2. Encontramos que el inicio de un régimen hidrodinámico de este tipo requiere una dispersión por impurezas cuyo tiempo de relajación inverso sea uno o dos órdenes de magnitud menor que los valores realistas, dependiendo de la intensidad del acoplamiento electrón-fonón. En el Capítulo 3 nos centramos en otra huella que pueden dejar las interacciones electrónelectrón, en forma de modos electromagnéticos colectivos. En particular, en este capítulo se explora el papel de los modos longitudinales colectivos, los plasmones, en el transporte hidrodinámico en volumen en semimetales de Weyl. En semimetales de Weyl muy puros y cercanos a la neutralidad de carga, donde el gap plasmónico es mínimo, encontramos que estos modos dejan una huella en el transporte, concretamente en la conductividad térmica y la viscosidad, como también se ha observado en el grafeno. En el Capítulo 4 y el resto de la tesis, el foco se desplaza a la fase del aislante axiónico dinámico de Weyl (al que nos referimos como WDAI), que puede ser inducida en estos materiales en presencia de interacciones. Específicamente, el enfoque del Capítulo 4 es el límite de campo magnético alto en el escenario de la catálisis magnética, que puede facilitar la aparición de la fase WDAI. Contrariamente a propuestas previas, aquí mostramos que, a campos magnéticos muy intensos, la velocidad transversal del axión se vuelve efectivamente unidimensional y sus fluctuaciones destruyen un posible valor distinto de cero de este condensado fermiónico, preservando la simetría quiral. Cuando la teoría se complementa con la inclusión de campos electromagnéticos dinámicos, la simetría quiral se rompe nuevamente mediante la hibridación con el campo eléctrico a través de la anomalía quiral. En el Capítulo 5 continuamos explorando el escenario de la catálisis magnética con un nivel de Fermi finito, donde la transición de fase al estado WDAI es de tipo primer orden y el campo magnético necesita alcanzar un valor crítico para que la transición tenga lugar. Usando la teoría de nucleación de burbujas, predecimos que el parámetro de orden presenta un comportamiento de histéresis en función del campo magnético externo. Este comportamiento de histerésis podría servir como una firma distintiva de la catálisis magnética en sistemas de materia condensada. La tesis concluye con el análisis de las propiedades de propagación del sonido en la fase WDAI, realizado en el Capítulo 6. Debido al acoplamiento axial electrón-fonón, se observa que la velocidad del sonido en el material y su atenuación se ven modificadas. Las correcciones depende de la orientación relativa entre el vector de onda de la ACDW y la dirección de propagación, además de la dirección de un posible campo magnético aplicado.