Stage coop - été 2006

Marc Chamberland

Département de physique
Université de Sherbrooke

Introduction

Sous la supervision d'André-Marie Tremblay, j'ai collaboré au calcul du diagramme de phase d'un conducteur organique à l'aide de la CDMFT (Cellular Dynamical Mean Field Theory) pour le modèle de Hubbard à demi-remplissage sur un réseau carré. Paralèllement, j'ai comparé les résultats de deux codes de CDMFT différents, soit le code de Bumsoo Kyung, assistant de recherche de Dr Tremblay, et celui de David Sénéchal, professeur au département.

UNIX

Voici mon aide-mémoire des commandes UNIX que j'ai utilisées les plus fréquemment: unix.pdf.

Théorie et exercices

Voici mon (très) petit résumé des notions de base de mécanique quantique qui m'ont été utiles à la compréhension de l'aspect théorique du problème à l'étude: mecQuant.pdf.

On se référera ensuite à l'excellent document d'introduction du Dr Sénéchal, Introduction à la deuxième quantification et au modèle de Hubbard. Voici mes solutions personnelles aux exercices proposés dans ce document: solutions_2quant_hubbard.pdf. À utiliser à vos propres risques!

Voici une très légère introduction aux fonctions de Green, telle que me l'a proposée Dr Tremblay lors de mon stage: green.pdf. Vous pouvez consulter mes solutions personnelles: solutions_green.pdf.

Finalement, voici quelques notes personnelles sur divers sujets: divers.pdf.

Références

Voici une longue liste de références que j'ai consultées sur une foule de sujets touchant ma recherche: references.pdf.

Méthode

De brèves instructions sur l'utilisation du code de Bumsoo Kyung sont fournies dans le fichier suivant: cdmft_bumsoo.pdf. De même, on peut trouver une copie du code et des fichiers de soumission dans le répertoire suivant: cdmft_bumsoo.

Le fichier suivant décrit sommairement l'utilisation du code QCT (Quantum Cluster Theory) du Dr Sénéchal: qct_david.pdf. On peut trouver une copie du code et des fichiers de paramétrisation et de soumission des calculs à l'endroit suivant: qct.

Finalement, le poids spectral est une quantité importante dans l'étude de plusieurs systèmes physiques. Le fichier suivant décrit comment générer un graphique du poids spectral en utilisant les deux codes: poids_spectral.pdf. Notons que l'on peut trouver le fichier gnuplot_fine.gp ici: gnuplot_fine.gp  alors que l'exécutable psplot2 se trouve ici: psplot2.

Résultats

Plusieurs calculs ont été faits avec le code M. Kyung pour les états normal, supraconducteur et supraconducteur+antiferromagnétique. Les résultats pour les cas U = 8, t' = 0 et U = 8, t' = -0.3 pour différentes valeurs de potentiel chimique se trouvent dans ce répertoire: results_cdmft_bumsoo.

Comparaison des deux codes

J'ai comparé divers aspects des deux codes afin de cibler les aspects problématiques. L'analyse de la densité n'a révélé rien de particulier, si ce n'est que l'écart entre la densité sur l'amas et la densité calculée à partir de la fonction de Green peuvent différer de plus de 10%. L'analyse de l'énergie de l'état fondamental a révélé un accord entre les deux codes jusqu'au 4e chiffre significatif. L'analyse des propriétés de l'état normal et supraconducteur a révélé des écarts de l'ordre de 1% pour la densité, l'énergie cinétique du réseau et la double occupation, mais une très grande différence du paramètre d'ordre de l'état supraconducteur. Cet écart reste à étudier en plus grand détail. Finalement, l'analyse du poids spectral a révélé des oscillations anormales dans le code de M. Kyung et dans l'ancien algorithme de Dr Sénéchal. Or la nouvelle version du code de Dr Sénéchal, qui utilise la méthode de bandes de Lanczos, ne présente pas cette anomalie.

Diagramme de phase

Pour le diagramme de phase, j'ai utilisé le code pour l'état normal de M. Kyung. Ce code part d'une solution métallique. Je me suis concentré sur la région U/t = 5 à 10, par sauts de 0.25, et t'/t = 0 à -1, par sauts de -0.1. Puisque le diagramme se fait à demi-remplissage, il faut trouver la valeur du potentiel chimique pour laquelle la densité vaut 1. Ces valeurs, ainsi que les graphiques de la double occupation en fonction de U/t, se retrouvent dans le fichier Excel suivant: results_half_filling.xls. Notons que les feuilles nommées t' = -0.1, t' = -0.2, etc, contiennent les résultats obtenus alors que j'esssayais de trouver le bon potentiel chimique. Les valeurs surlignées en gris signifient que j'ai fait une interpolation linéaire entre ces deux points pour trouver le potentiel chimique. Les valeurs surlignées en jaune signalent un plateau. Dans ce cas, le potentiel utilisé correspond à la valeur du potentiel au milieu de ce plateau. Les fichiers de sortie des calculs de la double occupation se trouvent dans les sous-répertoires tprime de ce répertoire: phase_diagram.

On peut trouver quelques graphes de poids spectral pour les valeurs t' = -0.2, -0.3, -0.4 et -0.6 dans ce répertoire: spectral_weight. Les données brutes de poids sepctral pour toutes les valeurs de t' et de U se retrouvent sur MS sous, par exemple, /home/chamberl/phase_diagram/tprime1/u10_mu4.6.BQ/00006.BQ.

Rapport de stage

Mon rapport de stage est disponible ici: rapport_stage4.pdf.