Você não pode usar xrandr
para isso: é para controlar múltiplas saídas de placas gráficas, cada uma com seu próprio conector e ir para telas diferentes.
O que você pode fazer é executar outro servidor X "aninhado", como "xephyr" ou as diversas variantes VNC, para cada "tela" que você deseja ter: Isso lhe dará uma janela para cada "tela" e se você fizer isso sem bordas, provavelmente terá o efeito desejado. Não que cada aplicativo tenha que se ater à "tela" iniciada, a menos que você faça uma construção ainda mais bizarra com xpra
ou xdmx
.
Outra opção seria convencer o Gerenciador de Janelas a agrupar janelas de aplicativos em zonas diferentes na tela, mas não conheço nenhum WM que possa fazer isso.