Emergent quantum phenomena under peculiar disorder and non-trivial topology
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-30092025-141536/ |
Resumo: | Emergent quantum phenomena in condensed matter physics provide a fertile ground for uncovering new states of matter and understanding the interplay between electronic correlations and topology. This thesis explores these phenomena in systems realized as quantum materials: the cage compound FeGa3 and the topological Dirac material ZrTe5. For FeGa3, we investigate how a peculiar disorder, known as antisite Fe defects, tunes the electronic and magnetic ground states, unveiling unconventional semiconducting phases, quantum criticality, and strongly correlated metallic behavior. Comprehensive analyses of electrical transport, magnetization,Mössbauer spectroscopy, and heat capacity under varying pressures and temperatures reveal a complex phase diagramwhere disorder-induced electronic correlations play a central role. Additionally, we describe our methodology for the synthesis of this material and subsequent crystallographic structural analyses using state-of-the-art data analysis techniques. For ZrTe5, we focus on the rarely explored physics above its quantum limit, including unconventional magnetoresistance oscillations and relativistic effects in Landau level dispersion. Utilizing high-field electrical transport and magnetometry, we reveal that these oscillations arise from relativistic corrections to Dirac electrons behavior, offering new insights into topological materials under extreme conditions. This work advances our understanding of quantum materials by establishing a framework for exploring disorder-induced correlations and relativistic effects. |
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Emergent quantum phenomena under peculiar disorder and non-trivial topologyFenômenos quânticos emergentes a partir de desordem peculiar e topologia não trivialdesordemdisorderfega3fega3materiais topológicossistemas fortemente correlacionadosstrong correlated systemstopological materialszrte5zrte5Emergent quantum phenomena in condensed matter physics provide a fertile ground for uncovering new states of matter and understanding the interplay between electronic correlations and topology. This thesis explores these phenomena in systems realized as quantum materials: the cage compound FeGa3 and the topological Dirac material ZrTe5. For FeGa3, we investigate how a peculiar disorder, known as antisite Fe defects, tunes the electronic and magnetic ground states, unveiling unconventional semiconducting phases, quantum criticality, and strongly correlated metallic behavior. Comprehensive analyses of electrical transport, magnetization,Mössbauer spectroscopy, and heat capacity under varying pressures and temperatures reveal a complex phase diagramwhere disorder-induced electronic correlations play a central role. Additionally, we describe our methodology for the synthesis of this material and subsequent crystallographic structural analyses using state-of-the-art data analysis techniques. For ZrTe5, we focus on the rarely explored physics above its quantum limit, including unconventional magnetoresistance oscillations and relativistic effects in Landau level dispersion. Utilizing high-field electrical transport and magnetometry, we reveal that these oscillations arise from relativistic corrections to Dirac electrons behavior, offering new insights into topological materials under extreme conditions. This work advances our understanding of quantum materials by establishing a framework for exploring disorder-induced correlations and relativistic effects.Fenômenos quânticos emergentes na física da matéria condensada proporcionam um terreno fértil para a descoberta de novos estados da matéria e para a compreensão da interação entre correlações eletrônicas e topologia. Esta tese explora esses fenômenos em sistemas realizados como materiais quânticos: o composto tipo \"cage\"FeGa3 e o material de Dirac topológico ZrTe5. Para o FeGa3, investigamos como uma desordem peculiar, conhecida como defeitos antisítio de Fe, ajusta os estados fundamentais eletrônicos e magnéticos, revelando fases semicondutoras não convencionais, criticidade quântica e comportamento metálico fortemente correlacionado. Análises abrangentes do transporte elétrico, magnetização, espectroscopiaMössbauer e calor específico sob diferentes pressões e temperaturas revelam um diagrama de fases complexo, no qual as correlações eletrônicas induzidas pela desordem desempenham um papel central. Além disso, descrevemos nossa metodologia para a síntese desse material e as subsequentes análises estruturais cristalográficas utilizando técnicas avançadas de análise de dados. Para o ZrTe5, focamos na física raramente explorada acima de seu limite quântico, incluindo oscilações incomuns na magnetorresistência e efeitos relativísticos na dispersão dos níveis de Landau. Utilizando transporte elétrico em altos campos e magnetometria, revelamos que essas oscilações surgem de correções relativísticas ao comportamento dos elétrons de Dirac, oferecendo novos insights sobre materiais topológicos sob condições extremas. Este trabalho avança nossa compreensão dos materiais quânticos ao estabelecer um arcabouço para a exploração das correlações induzidas pela desordem e dos efeitos relativísticos.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPJimenez, Julio Antonio LarreaRibeiro, Cauê Kaufmann2025-04-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-30092025-141536/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-09-30T20:17:02Zoai:teses.usp.br:tde-30092025-141536Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-09-30T20:17:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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Emergent quantum phenomena in condensed matter physics provide a fertile ground for uncovering new states of matter and understanding the interplay between electronic correlations and topology. This thesis explores these phenomena in systems realized as quantum materials: the cage compound FeGa3 and the topological Dirac material ZrTe5. For FeGa3, we investigate how a peculiar disorder, known as antisite Fe defects, tunes the electronic and magnetic ground states, unveiling unconventional semiconducting phases, quantum criticality, and strongly correlated metallic behavior. Comprehensive analyses of electrical transport, magnetization,Mössbauer spectroscopy, and heat capacity under varying pressures and temperatures reveal a complex phase diagramwhere disorder-induced electronic correlations play a central role. Additionally, we describe our methodology for the synthesis of this material and subsequent crystallographic structural analyses using state-of-the-art data analysis techniques. For ZrTe5, we focus on the rarely explored physics above its quantum limit, including unconventional magnetoresistance oscillations and relativistic effects in Landau level dispersion. Utilizing high-field electrical transport and magnetometry, we reveal that these oscillations arise from relativistic corrections to Dirac electrons behavior, offering new insights into topological materials under extreme conditions. This work advances our understanding of quantum materials by establishing a framework for exploring disorder-induced correlations and relativistic effects. |
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