Published October 4, 2017 | Version v1
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Skyrmions in quantum Hall systems

Description

This thesis studies skyrmions in the SU(4) quantum Hall ferromagnet. Skyrmions are localized textures in ferromagnetic systems. The graphene monolayer in a strong magnetic field can be viewed as a ferromagnet with electron spin and Dirac-valley pseudo-spin - Landau levels with different spin and valley are close in energy and form to well-separated groups. Within one group, the Coulomb interaction has a manifest SU(4)-invariant form. The model of skyrmions used in this thesis is a classical, static field theory obtained from the variational principle. The model has phenomenological parameters, which depend on substrates and other experimental settings. Based on symmetry analysis, I propose the approach for skyrmions at quarter-filling and half-filling of the N = 0 Landau level in graphene monolayer. Energy minimization of single skyrmions is then performed to determine the parameters in the skyrmion approach, resulting in different types of spin-valley skyrmions at both filling factors. Large skyrmions are identified in certain ranges of the phenomenological parameters, where the ferromagnetic background of the skyrmion undergoes a phase transition. Single-mode spin-valley waves are also analyzed to characterize the SU(4) quantum Hall ferromagnet. A particular example shows instability of the ferromagnetic ground state. (author)

Abstract (French)

Dans cette these, j'etudie les skyrmions dans le ferromagnetique SU(4) d'effet Hall quantique. Les skyrmions sont des textures localisees dans les systemes ferromagnetiques. La monocouche de graphene dans un fort champ magnetique peut etre consideree comme un ferromagnetique avec le spin electronique et le pseudospin de vallee de Dirac. Les niveaux de Landau associes a des spins et des vallees differentes sont proches en l'energie et forment des groupes bien separes. Dans un groupe, l'interaction de Coulomb montre forme invariance de SU(4). Le modele de skyrmions utilise dans cette these est une theorie de champ classique et statique obtenue a partir du principe variationnel. Le modele comporte des parametres phenomenologiques, qui dependent des substrats et d'autres parametres experimentaux. Sur la base de l'analyse de symetrie, nous proposons un ansatz pour les skyrmions au quart de remplissage et a la moitie du remplissage du niveau de Landau N = 0 de la monocouche de graphene. La minimisation de l'energie du skyrmion unique est ensuite effectuee pour determiner les parametres dans l'ansatz de skyrmion ansatz, ce qui entraine differents types de skyrmions spin-valley aux deux facteurs de remplissage. Des grands skyrmions sont identifies dans certaines gammes des parametres phenomenologiques, ou l'arriere-plan ferromagnetique du skyrmion subit une transition de phase. Les ondes de spin-vallee monomode sont egalement analysees pour caracteriser le ferromagnetique SU(4) d'effet Hall quantique. Un exemple particulier montre l'instabilite de l'etat fondamental ferromagnetique. (auteur)

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Original title (English)
Skyrmions dans les systemes Hall quantiques

Publishing Information

Imprint Pagination
154 p.
Report number
FRNC-TH--11764

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
52056894
Subject category
S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
FERROMAGNETISM; FIELD THEORIES; HARTREE-FOCK METHOD; NUCLEAR MAGNETISM; SKYRME POTENTIAL; SOLITONS; SPIN ORIENTATION
Descriptors DEC
APPROXIMATIONS; CALCULATION METHODS; MAGNETISM; NUCLEON-NUCLEON POTENTIAL; ORIENTATION; POTENTIALS; QUASI PARTICLES

Optional Information

Notes
175 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses