梯度磁场中自旋-轨道耦合旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态研究

利用准二维Gross-Pitaevskii方程,研究了在梯度磁场中具有自旋-轨道耦合的旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构.探索了自旋-轨道耦合作用和梯度磁场对基态的影响.结果发现,在梯度磁场下,随着自旋-轨道耦合强度增大,基态结构由skyrmion格子逐渐过渡为skyrmion列.对于弱自旋-轨道耦合和小旋转频率情况,增大磁场梯度强度可导致基态由平面波相转变为half-skyrmion;对于强自旋-轨道耦合和大旋转频率情况,梯度磁场可诱导hidden涡旋的产生.梯度磁场、自旋-轨道耦合和旋转作为体系的调控参数,可用于控制不同基态相间的转化.     

简谐+四次势中自旋轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构

研究了囚禁于简谐+四次势中具有自旋轨道耦合相互作用的旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构; 考虑了自旋轨道耦合相互作用和旋转对基态结构的影响; 结果发现在自旋轨道耦合相互作用与旋转共同作用下, 系统呈现出丰富且新奇的基态结构, 如条形、双排和蛇皮花斑状等.     

六极子磁场中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构

研究囚禁在环形势中的Rashba自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在六极子磁场中的基态特性。在这种情况下,磁场破坏了自旋轨道耦合哈密顿量的旋转对称性,但系统仍具有2π/3的离散对称性。数值结果发现:在弱相互作用情况下,六极子磁场和Rashba自旋轨道耦合使环形囚禁的凝聚体呈类六边形的基态密度分布,当磁场强度超过某一临界值时,凝聚体将崩塌;在强相互作用情况下,半量子涡旋出现在凝聚体中,且被六极子磁场钉在方位角Ф=nπ/3的径向位置,涡旋的旋转方向取决于径向磁场的方向。     

具有面内四极磁场的旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构研究

通过虚时演化方法研究了具有面内四极磁场的旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构.结果发现:面内四极磁场和旋转双重作用可导致中央Mermin-Ho涡旋的产生;随着磁场梯度增强,Mermin-Ho涡旋周围环绕的涡旋趋向对称化排布;在四极磁场下,密度相互作用和自旋交换相互作用作为体系的调控参数,可以控制Mermin-Ho涡旋周围的涡旋数目;该体系自旋结构中存在双曲型meron和half-skyrmion两种拓扑结构.     

环形势阱中旋转玻色爱因斯坦凝聚体的基态

应用托马斯-费米近似和虚时演化数值方法研究环形势阱中旋转玻色爱因斯坦凝聚体的基态密度分布.当增加其旋转角频率,或者增加环形势阱的宽度及相应的中心高度,凝聚体基态密度分布均从涡旋晶格相转变为巨涡旋相.当旋转角频率为零时,增加环形势阱的宽度及相应的中心高度,凝聚体基态密度分布从一个圆盘变为圆环.解析结果与数值结果相互吻合.     

反对称Spin-1/2阻挫钻石链的基态和磁化行为研究

对含有次近邻节点自旋交换耦合的自旋-1/2伊辛-海森伯钻石链体系进行了研究,利用矩阵对角化和传递矩阵方法对基态磁相和宏观热力学量进行了严格求解,重点探讨了所有交换耦合均为反铁磁耦合时,体系节点伊辛自旋间次近邻相互作用的影响.研究结果表明次近邻节点伊辛自旋存在反铁磁耦合时会增强系统的阻挫效应,引入破坏平移对称性的经典亚铁磁相,使基态呈现出上上上下上上的自旋构型以及磁化曲线新颖的2/3磁化平台,丰富了体系的基态相图和宏观磁性行为.     

Ce∶YIG自旋轨道耦合对磁光效应的影响

计算了Ce∶YIG中Ce3+离子自旋轨道耦合对磁光效应的影响,计算结果表明,Ce3+离子基态的自旋轨道耦合对磁光效应有很大影响,Faraday旋转与λf(基态的自旋轨道耦合系数与其正常值的比值)不是线性关系,在λf约为03时,Faraday旋转有明显的峰值,激发态的自旋轨道耦合对磁光效应影响很小. 关键词：     

周期莫尔晶格中里德伯缀饰玻色气体的基态结构

里德伯缀饰和自旋轨道耦合的实验实现极大地拓宽了冷原子作为量子模拟平台的研究视野.本文研究了莫尔晶格中里德伯缀饰自旋轨道耦合玻色气体的基态结构,探索了非局域里德伯相互作用和自旋轨道耦合强度对该系统基态的影响.研究发现,当出现非局域里德伯相互作用时,系统不再具有平移对称性,倾向于形成更多更规则的周期性结构;当存在自旋轨道耦合相互作用时,系统的基态在此周期性结构的基础上,将呈现出更加丰富的内部结构.     

自旋-轨道耦合对磁性绝缘体磁光Kerr效应的影响

采用单原子能级跃迁模型,导出在同时考虑自旋交换劈裂和自旋轨道耦合时磁光Kerr旋转的微观表达式,并就四能级跃迁情况,研究了磁光效应随原子基态及激发态能级自旋轨道耦合常数的变化规律.结果表明:磁光Kerr旋转角与自旋轨道耦合劈裂能量不成正比;单原子能级自旋轨道耦合常数为正或中间激发态自旋轨道耦合常数为负时,有利于提高磁光Kerr旋转. 关键词： 磁光Kerr效应 自旋轨道耦合 线性响应核 劈裂     

Rashba自旋-轨道耦合下二维双极化子的基态性质

在考虑Rashba自旋-轨道耦合效应下,基于Lee-Low-Pines变换,采用Pekar型变分法研究了量子点中双极化子的基态性质.数值结果表明,在电子-声子强耦合(耦合常数α6)条件下,量子点中形成稳定双极化子结构的条件(结合能E_b0)自然满足;双极化子的结合能E_b随量子点受限强度ω_0、介质的介电常数比η和电子-声子耦合强度α的增大而增加,随Rashba自旋-轨道耦合常数αR的增加表现为直线增加和减小两种截然相反的情形;Rashba效应使双极化子的基态能量分裂为E(↑↑),E(↓↓)和E(↑↓)三条能级,分别对应两电子的自旋取向为"向上"、"向下"和"反平行"三种情形;基态能量的绝对值|E|随η和α的增加而增大,随αR的增加表现为直线增加和减小两种截然相反的情形;在双极化子的基态能量E中,电子-声子耦合能所占据的比例明显大于Rashba自旋-轨道耦合能所占比例,但电子-声子耦合与Rashba自旋-轨道耦合间相互渗透、彼此影响显著.     

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体激发谱及其有效调控

利用Bogoliubov理论研究了自由空间中可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BECs)的激发谱.通过高频近似得到具有两体相互作用时与时间无关的有效Floquet哈密顿量,从而获得一种可调的自旋-轨道耦合和一种可由周期驱动拉曼耦合调控的有效两体相互作用.基于系统有效的Floquet哈密顿量,得到凝聚体具有相互作用时的色散关系,发现周期驱动强度可以有效地调控色散关系的结构,即周期驱动的拉曼耦合可以调控系统在零动量相与平面波相之间的相变.进一步利用Bogoliubov理论得到系统的Bogoliubov-de-Gennes (BdG)方程,分别研究了凝聚体在零动量相和平面波相中的激发谱.发现零动量相中的激发谱均为声子激发,且激发谱随周期驱动强度的增加表现出贝塞尔函数的行为;平面波相中的激发谱存在声子激发和旋子激发,当周期驱动强度增加时,旋子模出现软化现象.因此,可以通过周期驱动拉曼耦合实时地调控自旋-轨道耦合BECs激发谱中的声子激发和旋子激发.     

谐振子势阱中两分量旋转的自旋轨道耦合BEC的基态

本文研究了囚禁于谐振子势阱中的两分量旋转自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)的基态性质和自旋纹理。我们首先通过托马斯-费米近似得到了凝聚体出现不同分布的临界条件,然后利用虚时演化方法和向前向后欧拉傅里叶赝谱法在数值上进行了模拟,最后将数值模拟的结果与解析近似的结果对比,发现两者是相吻合的。在本研究中,我们发现了条纹结构这一新奇的基态结构,并且发现旋转角频率不能大于谐振子势的约束频率,如果超过约束频率,系统将因受到强烈的离心力作用而散落。这些新的发现将会为在实验上实现两组分自旋轨道耦合BEC有一定的指导意义。     

金属表面Rashba自旋轨道耦合作用研究进展

自旋轨道耦合是电子自旋与轨道相互作用的桥梁, 它提供了利用外电场来调控电子的轨道运动、进而调控电子自旋状态的可能. 固体材料中有很多有趣的物理现象, 例如磁晶各向异性、自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等, 都与自旋轨道耦合密切相关. 在表面/界面体系中, 由于结构反演不对称导致的自旋轨道耦合称为Rashba自旋轨道耦合, 它最早在半导体材料中获得研究, 并因其强度可由栅电压灵活调控而备受关注, 成为电控磁性的重要物理基础之一. 继半导体材料后, 金属表面成为具有Rashba自旋轨道耦合作用的又一主流体系. 本文以Au(111), Bi(111), Gd(0001)等为例综述了磁性与非磁性金属表面Rashba自旋轨道耦合的研究进展, 讨论了表面电势梯度、原子序数、表面态波函数的对称性, 以及表面态中轨道杂化等因素对金属表面Rashba自旋轨道耦合强度的影响. 在磁性金属表面, 同时存在Rashba自旋轨道耦合作用与磁交换作用, 通过Rashba自旋轨道耦合可能实现电场对磁性的调控. 最后, 阐述了外加电场和表面吸附等方法对金属表面Rashba自旋轨道耦合的调控. 基于密度泛函理论的第一性原理计算和角分辨光电子能谱测量是金属表面Rashba自旋轨道耦合的两大主要研究方法, 本文综述了这两方面的研究结果, 对金属表面Rashba自旋轨道耦合进行了深入全面的总结和分析.     

自旋轨道耦合的23Na自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图的研究

利用阻尼映射Gross-Pitaevkii方程, 研究了二维体系中自旋轨道耦合的 ²³Na自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图, 探索自旋轨道耦合强度对涡旋斑图的影响. 研究发现, 较弱的自旋轨道耦合就可以完全破坏不考虑自旋轨道耦合情况下出现的周期性涡旋晶格; 在自旋轨道耦合较强的情况下, 各自旋态的涡旋易形成涡旋组, 它们绕凝聚体中心形成花瓣状涡旋斑图. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚体 自旋 涡旋     

谐振子势阱中两分量旋转自旋轨道耦合BEC的基态

本文研究了囚禁于谐振子势阱中的两分量旋转自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)的基态性质和自旋纹理。我们首先通过托马斯费米近似得到了凝聚体出现不同分布的临界条件,然后利用虚时演化方法和向前向后欧拉傅里叶赝谱法在数值上进行了模拟,最后将数值模拟的结果与解析近似的结果对比,发现两者是相吻合的。在本研究中,我们发现了条纹结构这一新奇的基态结构,并且发现旋转角频率不能大于谐振子势的约束频率,如果超过约束频率,系统将因受到强烈的离心力作用而散落。这些新的发现将会为在实验上实现两组分自旋轨道耦合BEC有一定的指导意义。     

耦合量子点中空穴基态反键态特性研究

本文采用六带K·P理论计算了耦合量子点在不同耦合距离下空穴基态特性, 探讨了轻重空穴及轨道自旋相互作用对耦合量子点空穴基态反成键态特性的影响. 在考虑多带耦合的情况下, 耦合量子点随着耦合强度的变化, 价带基态能级和激发态能级发生反交叉现象. 同时, 随着耦合距离的增加, 量子点基态轻重空穴波函数的比重发生变化,导致量子点空穴基态波函数从成键态反转成为反成键态. 同时研究发现, 因空穴基态及激发态波函数特性的转变, 电子、空穴的基态及激发态波函数的叠加强度发生的明显变化. 关键词： 耦合量子点 反键态 多带理论 自旋轨道耦合     

Slater绝缘体的磁性和能带计算研究

Slater相变是一种由于反铁磁序形成而导致的金属—绝缘体相变.本文采用第一性原理密度泛函计算方法研究了两种Slater绝缘体材料NaOsO_3和Cd_2Os_2O_7的电子结构,进而研究了反铁磁序排列、自旋轨道耦合和电子关联对其电子结构以及相变性质的影响.研究结果表明,非磁相的NaOsO_3具有金属性;而G型线性反铁磁结构是驱动NaOsO_3发生Slater相变的磁基态.此外,研究结果表明,非磁相的焦绿石Cd_2Os_2O_7的能带结构在费米能级处是连续的,表现为金属性;并且带有磁阻挫的Cd_2Os_2O_7发生Slater相变的条件十分苛刻,只有在自旋轨道耦合和1.8 eV电子关联的共同作用下一种全进—全出非线性反铁磁结构才能使其发生Slater相变.说明全进—全出非线性反铁磁结构是使Cd_2Os_2O_7发生Slater相变的磁基态,而自旋轨道耦合和1.8 eV的电子关联在消除磁阻挫上起到了关键作用.     

Rashba效应对抛物量子阱中极化子基态能的影响

采用LLP变分法研究了抛物量子阱中极化子的Rashba效应,得到了极化子基态能量的表达式,并讨论了半阱宽及波矢与基态能量之间的关系.结果显示,基态能量是半阱宽和电子-声子耦合强度的减函数,而是波矢的增函数.由于Rashba效应基态能量零自旋轨道分裂成两支.     

无限深量子阱中强耦合极化子的基态结合能

研究了无限深量子阱中极化子的基态性质,采用线性组合算符和变分相结合的方法导出了强耦合极化子的振动频率λ、基态能量E₀和基态结合能E_b,讨论了阱宽L和电子-LO声子耦合强度α对强耦合极化子的振动频率λ、基态能量E₀和基态结合能E_b的影响。通过数值计算,结果表明:强耦合极化子的振动频率和基态结合能随阱宽L的增大而减小,随电子-LO声子耦合强度α的增强而增大;基态能量随阱宽L的增大而减小,其绝对值随电子-LO声子耦合强度α的增强而增大;当量子阱阱宽L趋近于无限大和无限小两种极限情况下,分别与三维和二维极化子的结果相一致。     

自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的孤子解

在旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中,孤子态作为宏观量子效应的典型状态,可以通过自旋-轨道耦合进行调控,这使得对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子的研究成为近年来超冷原子领域研究的重要课题之一.本文研究了描述一维自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚体Gross-Pitaevskii方程的精确求解,利用直接假设及可积约化方法,给出了系统多种类型的孤子解,讨论了相应的孤子动力学以及自旋-轨道耦合效应对系统的量子磁化和自旋-极化态的影响.