Dynamical Signatures of Edge-State Magnetism on Graphene Nanoribbons

We investigate the edge-state magnetism of graphene nanoribbons using projective quantum Monte Carlo simulations and a self-consistent mean-field approximation of the Hubbard model. The static magnetic correlations are found to be short ranged. Nevertheless, the correlation length increases with the width of the ribbon such that already for ribbons of moderate widths we observe a strong trend towards mean-field-type ferromagnetic correlations at a zigzag edge. These correlations are accompanied by a dominant low-energy peak in the local spectral function and we propose that this can be used to detect edge-state magnetism by scanning tunneling microscopy. The dynamic spin structure factor at the edge of a ribbon exhibits an approximately linearly dispersing collective magnonlike mode at low energies that decays into Stoner modes beyond the energy scale where it merges into the particle-hole continuum.Comment: 4+ pages including 4 figure

Magnetism of Finite Graphene Samples: Mean-Field Theory compared with Exact Diagonalization and Quantum Monte Carlo Simulation

The magnetic properties of graphene on finite geometries are studied using a self-consistent mean-field theory of the Hubbard model. This approach is known to predict ferromagnetic edge states close to the zig-zag edges in single-layer graphene quantum dots and nanoribbons. In order to assess the accuracy of this method, we perform complementary exact diagonalization and quantum Monte Carlo simulations. We observe good quantitative agreement for all quantities investigated provided that the Coulomb interaction is not too strong.Comment: 5 pages including 3 figures; v3: error concerning middle panel of Fig. 3 correcte

Magnetic properties of two 2-dimensional systems : frustrated spin system on square lattice and finite system of graphene

L'objet de cette thèse est l'étude des propriétés magnétiques de deux systèmes bidimensionels. Le premier correspond à des composés de cuprate ou vanadate qui peuvent être modélisés par un système de spins sur réseau carré et un modèle d'Heisenberg à troiThis thesis is about the magnetic properties of two different two dimensional systems. The first one corresponds to vanadates or cuprate crystals, which can be studied by a spin system on square lattice and a Heisenberg model with three couplings, a ferr

Propriétés magnétiques de systèmes à deux dimensions : système frustré de spins sur réseau carré et propriétés magnétiques de systèmes finis de graphène.

This thesis is about the magnetic properties of two different two dimensional systems. The first one corresponds to vanadates or cuprate crystals, which can be studied by a spin system on square lattice and a Heisenberg model with three couplings, a ferromagnetic first neighbor coupling and antiferromagnetic second and third neighbor couplings. This system is frustrated and lead to a non trivial classical phase diagram. We have studied the influence of quantum fluctuation using a Holstein-Primakov approach and the Schwinger bosons model. The second system studied corresponds to graphene of finite size. To study this system we use a mean field approximation of the Hubbard model. In a first step we recover within our method well known results and check that the model has been correctly implemented. In a second step, in order to assess the accuracy of this method, we perform complementary exact diagonalization calculations, and compare our results with quantum Monte Carlo simulations. And in the last part we will show evidence of a dynamical signature of the zigzag edge magnetization of finite sample of graphene.L'objet de cette thèse est l'étude des propriétés magnétiques de deux systèmes bidimensionels. Le premier correspond à des composés de cuprate ou vanadate qui peuvent être modélisés par un système de spins sur réseau carré et un modèle d'Heisenberg à trois couplages, avec un premier couplage ferromagnétique et des couplages deuxièmes et troisièmes voisins antiferromagnétiques. Le système ainsi obtenu constitue un système frustré. Après obtention du diagramme de phase classique en fonction des couplages, nous avons étudié l'effet sur celui-ci des fluctuations quantiques par la méthode des bosons de Holstein-Primakov et celle des bosons de Schwinger. Le deuxième type de système auquel nous nous sommes intéressés sont les systèmes finis de graphène. Pour étudier ce matériau, nous avons utilisé une approximation champ moyen du modèle d'Hubbard. Dans un premier temps nous avons retrouvé des résultats déjà connus confirmant ainsi une implémentation correcte de notre modèle. Nous avons ensuite cherché à établir la précision de cette méthode en comparant les résultats obtenus par cette méthode avec ceux obtenus par diagonalisation exacte du modèle et ceux obtenus par simulation Monte Carlo. Et en dernier lieu nous avons mis en évidence une signature dynamique de l'aimantation des bords en zigzag des systèmes finis de graphène