有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质

基于巨正则系综理论和数值模拟方法,研究有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质,给出系统低温下的化学势、能量及热容量的解析式,分析弱相互作用、有限尺度效应对系统热力学性质的影响.研究表明,有限尺度和排斥相互作用增大了系统的化学势、能量,吸引相互作用减小了系统的化学势、能量.相互作用受到尺度的调制,尺度变大,相互作用影响变小,相互作用和尺度效应都受到温度的调制,温度升高,相互作用和尺度的影响减小.尺度和相互作用的一级修正对热容量无影响.     

有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质

基于巨正则系综理论和数值模拟方法，研究有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质，给出系统低温下的化学势、能量及热容量的解析式，分析弱相互作用、有限尺度效应对系统热力学性质的影响.研究表明，有限尺度和排斥相互作用增大了系统的化学势、能量,吸引相互作用减小了系统的化学势、能量.相互作用受到尺度的调制，尺度变大，相互作用影响变小，相互作用和尺度效应都受到温度的调制，温度升高，相互作用和尺度的影响减小.尺度和相互作用的一级修正对热容量无影响.     

广义不确定性原理下费米气体低温热力学性质

在考虑到广义不确定性原理时, 统计物理中的态密度必须做出修正, 这导致对传统统计物理的所有结果都有不同程度的修正. 在高能、高温条件下, 此修正是颠覆传统观念的, 在低温条件下, 也有一定的修正. 研究了低温条件下考虑到广义不确定性原理时, 理想费米气体和具有弱相互作用费米气体的热力学性质, 分别给出理想费米气体和弱相互作用费米气体的化学势、内能和定容热容的解析表达式, 并以铜电子气体为例进行了具体数值计算, 将计算结果与不考虑广义不确定性原理时的费米气体的热力学性质进行了比较, 探讨了广义不确定性原理对系统热力学性质的影响. 考虑到广义不确定性原理后费米气体的化学势、费米能和基态能增大, 热容减少, 内能随温度的增加先增大, 到某一温度(对于铜电子气体, T/T_F0～0.3)时, 增值为零, 温度再增加内能减少. 这些修正的具体数值主要由粒子数密度决定, 粒子数密度越大, 修正越大.     

弱相互作用费米气体的不稳定性判据

根据由赝势法得到的弱相互作用费米气体的自由能，利用热力学方法研究了无外场时弱相互作用费米气体的稳定性.结果表明，无外场情况下理想费米气体与存在弱排斥相互作用的费米气体是稳定的；而具有弱吸引相互作用的费米气体在一定条件下可出现不稳定性.给出了不稳定性的粒子数密度判据和温度判据，就不同逸度情况下临界粒子数密度的具体表达结果以及温度、粒子质量和吸引相互作用对临界粒子数密度的影响进行了讨论. 关键词： 费米气体 相互作用 不稳定性判据     

弱磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质

根据赝势法和系综理论导出弱磁场中弱相互作用费米气体的内能、化学势和热容量的小参数r的解析式.在此基础上给出高温和低温两种情况下弱磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质,探讨磁场及粒子间相互作用对热力学性质的影响,分析磁场与三维谐振势两种约束对系统性质影响的不同及其原因. 关键词： 赝势法 费米气体 相互作用 热力学性质     

反常磁矩对弱磁场弱相互作用费米气体热力学性质的影响

考虑费米子的反常磁矩, 运用赝势法和热力学理论, 导出弱磁场中弱相互作用费米气体自由能的解析式, 以此为基础给出高温和低温情况下系统热力学性质, 分析反常磁矩对热力学性质的影响机理. 研究表明: 反常磁矩对热力学性质的影响与温度相关, 而且这种影响随温度的上升在低温区是增大的, 在高温区是减小的; 对于系统的化学势、内能, 反常磁矩加强了磁场的影响, 弱化了相互作用的影响; 对于系统的热容量, 反常磁矩在低温区使其减小, 在高温区使其增加.     

弱相互作用费米气体的热力学性质

根据赝势法导出无外势时弱相互作用费米气体的化学势、内能和定容热容的解析表达式.在此基础上，采用局域密度近似研究谐振势中弱相互作用费米气体的热力学性质，探讨粒子间相互作用对系统性质的影响. 关键词： 费米气体 相互作用 赝势法 局域密度近似 热力学性质     

强磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质

基于赝势法和局域密度近似研究了强磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质,得出化学势、总能和热容量的解析式,同时分析了磁场及相互作用对系统热力学性质的影响.研究表明,无论是高温情况还是低温情况下,磁场都能调节相互作用的影响.低温下,与无磁场的系统相比,磁场降低系统的化学势、总能和热容量;与无相互作用系统相比,排斥作用增加化学势而降低总能及热容量.高温下,磁场和排斥作用均可降低系统的总能而增加热容量,强磁场可以改变相互作用对总能及热容量的影响. 关键词： 强磁场 弱相互作用 费米气体 热力学性质     

囚禁有限unitary费米气体的热力学性质

应用分数不相容统计,研究了三维简谐势阱中有限unitary费米气体在绝对零度和有限温度下的热力学性质,并与势阱中满足热力学极限条件的unitary费米气体进行了比较.结果表明:绝对零度时有限系统的费米能、粒子平均能量随粒子数的增加而增大,并以满足热力学极限系统的对应物理量为上限,有限系统的费米能、粒子平均能量随势阱边界变化存在极大值.有限温度条件下给定粒子数时,有限系统的粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征温度,当温度等于物理量对应的特征温度时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,低于(或高于)物理量对应的特征温度时,有限系统的物理量将大于(或小于)满足热力学极限系统的同一量.给定温度条件下,有限系统粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征粒子数,当粒子数等于物理量对应的特征粒子数时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,少于(或多于)物理量对应的特征粒子数时,有限系统的物理量将小于(或大于)满足热力学极限系统的同一量.     

由N-E-V分布及赝势法研究弱磁场中弱相互作用费米子气体的热力学性质

基于低温下量子系统的相关实验多是在体积、能量和粒子数都可变的外场束缚下进行的事实, 由体积、能量和粒子数可变的完全开放系统的统计分布(N-E-V分布)研究了弱磁场中弱相互作用费米系统的热力学性质. 首先求出了一般情况下由费米积分表示的内能和热容的解析表达式. 在此基础上, 又给出了在低温极限条件下内能与热容的解析表达式和数值计算结果, 并将N-E-V分布(粒子数密度变化)的结果与赝势法(粒子数密度不变)的结果进行了比较. 结果表明: N-E-V分布方法的计算结果总是补偿赝势法计算结果的过度偏差. 由N-E-V 分布方法所得结果最特异之处在于: 在低温条件下, 弱磁场中弱相互作用费米系统存在一相变温度t_c, 其正处于费米系统发生玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和费米原子形成库珀对的超流状态(BCS)相变及BEC-BCS跨越的温度范围内, 且不随反映弱相互作用大小和特征的散射长度a (a<0引力, a>0斥力)变化, 但随弱磁场的加强而降低, 即弱磁场可调节该相变温度. 磁场为零时, 相变温度最高, 为费米温度的0.184倍.     

Unified properties of a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field

When the orbital motion and the spin motion of particles were considered simultaneously, the thermodynamic potential function of a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field was derived using the thermodynamics method. Based on the derived expression, the analytical expressions of energy, heat capacity, chemical potential, susceptibility and stability conditions of the system were given, and the effects of the interparticle interactions as well as the magnetic field on the properties of the system were analyzed. It was shown that the magnetic field always causes energy and stability to decrease, while the chemical potential of the system to increase. The repulsive (attractive) interactions always increase (decrease) energy and stability, but decrease (increase) the chemical potential and paramagnetism. The repulsive (attractive) interactions decrease (increase) heat capacity of the system at high temperatures but increase (decrease) it at low temperatures.     

强磁场中相互作用费米气体的相对论稳定性

由单粒子的弱相互作用能谱及泊松公式,导出了强磁场中相互作用费米气体的相对论热力学势函数,求解了系统力学稳定性的判别式,分析了相互作用、磁场及相对论效应对系统稳定性的影响机理.结果表明,强磁场中弱相互作用费米气体的力学稳定性会受到弱相互作用的影响,强磁场对这种影响具有调节作用,而相对论效应对相互作用的影响基本没有调节作用.     

强磁场中相互作用费米气体的相对论稳定性

由单粒子的弱相互作用能谱及泊松公式,导出了强磁场中相互作用费米气体的相对论热力学势函数,求解了系统力学稳定性的判别式,分析了相互作用、磁场及相对论效应对系统稳定性的影响机理。结果表明,强磁场中弱相互作用费米气体的力学稳定性会受到弱相互作用的影响,强磁场对这种影响具有调节作用,而相对论效应对相互作用的影响基本没有调节作用。     

Thermodynamic stability of a weakly interactingFermi gas trapped in a harmonic potential

Based on the theoretical results derived from pseudopotential method and local approximation, this paper studies the thermodynamic stability of a weakly interacting Fermi gas trapped in a harmonic potential by using analytical method of thermodynamics. The effects of the interparticle interactions as well as external potential on the thermodynamic stability of the system are discussed. It is shown that the system is stable as for the complete average, but as for local parts, the system is unstable anywhere. This instability shows that the stability conditions of mechanics cannot be satisfied anywhere, and the stability conditions of thermostatics cannot be satisfied somewhere. In addition, the interactions and external potential have direct effects on the local stability of the system.     

强磁场中超冷费米气体的相对论效应

由单粒子的弱相对论能谱及泊松公式,导出强磁场中费米气体的热力学势函数.在此基础上,运用热力学关系求解低温条件下系统的统计特征量的解析式,分析相对论效应对统计性质的影响机理.研究表明,磁场愈强,相对论效应愈明显.相对论效应引发的单调项与相应的振荡项的振幅相比,对总能,单调项远大于振幅;对化学势及磁矩,单调项与振幅几乎同一量级. 关键词： 强磁场 费米气体 相对论效应