Thèse soutenue

Phénomènes émergents et topologiques dans les systèmes BKT sur réseau

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Auteur / Autrice : Michael Faulkner
Direction : Peter HoldsworthSteven Bramwell
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 16/03/2015
Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure en cotutelle avec University College (Londres)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
Jury : Président / Présidente : Ian Ford
Examinateurs / Examinatrices : Peter Holdsworth, Steven Bramwell, Ian Ford, Anthony Maggs, Stephen Powell, Tommaso Roscilde
Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Maggs, Stephen Powell

Résumé

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Cette thèse s'intéresse aux phénomènes électrostatiques émergents dans les modèles magnétiques toroïdaux bi-dimensionnels à symétrie XY, fournissant ainsi un support pour de plus amples recherches dans le domaine de la transition de phase Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT).Dans de nombreux systèmes bi-dimensionnels, dont le modèle bi-dimensionnel XY du magnétisme, la transition BKT contrôle la dissociation thermique de paires de défauts topologiques liés. Le modèle XY est analogue au gaz de Coulomb bi-dimensionnel, à ceci près qu'il peut être simulé sans avoir à modéliser les interactions à longue distance du système Coulombien. Cette thèse élucide ce paradoxe en démontrant que l'approximation de Villain appliquée au modèle XY est strictement équivalente au modèle électrostatique de Maggs-Rossetto (MR) appliqué au système Coulombien bi-dimensionnel.Cette équivalence est utilisée pour sonder la transition BKT par l'application de l'algorithme MR au gaz de Coulomb bi-dimensionel. En simulant le système Coulombien, il est prouvé que les fluctuations dans l'organisation des charges autour du tore sont activées à la température de transition BKT. Ces fluctuations du champ électrique indiquent ainsi la phase de haute température de la transition.Il est ensuite montré que l'exposant critique effectif de la théorie de Bramwell-Holdsworth (BH) peut être mesuré dans les films d'hélium 4 superfluide, qui correspondent à des gaz de Coulomb effectifs dans la limite de systèmes de grandes tailles finies.