强相互作用自旋-轨道耦合与夸克-胶子等离子体整体极化

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的原子核物质系统具有巨大的初始轨道角动量,经过强相互作用的自旋-轨道耦合,这一巨大的轨道角动量可以转化为产生的夸克-胶子等离子体的整体极化.整体极化效应在理论上提出后,首先被美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机上的STAR实验所证实,激发了人们对相关问题的研究,成为重离子碰撞物理研究的一个新方向——重离子碰撞自旋物理.本文简单回顾了整体极化原始基本思想、理论计算体系与主要结果以及近几年的理论进展.     

含stubs量子波导系统的电子自旋极化输运性质

理论上研究了含stubs的Rashba自旋轨道耦合（spin-orbit coupling, SOC）量子波导系统的自旋极化输运性质. 利用晶格格林函数方法,发现由于stubs和SOC产生的势阱使系统中出现束缚态,这些束缚态与传播态之间相互干涉导致电导中出现Fano共振结构,同时在对应的自旋极化率中也出现Fano共振或反共振结构. 此外,由于系统结构的突变使电子被反向散射和量子干涉效应,电导中出现一系列的共振峰. 但是,当系统加上外磁场后,所有这些效应都被抑制, 系统重新出现量子化电导, 同时自旋电导也出 关键词： 量子波导 自旋极化输运 自旋轨道耦合     

重离子碰撞两体关联输运理论Ⅲ.半经典近似下的数值计算

为了验证由相干单粒子波函数和两体关联动力学所建立的非相对论条件下的重离子碰撞两体关联输运理论的有效性,利用没有碰撞项的量子分子动力学,即时间相关的Hartree-Fock方法的经典近似,实现了两体关联输运理论在半经典近似下的数值计算.计算结果表明:这种两体关联输运理论的确能够有效地描述重离子碰撞过程中的输运和耗散过程.     

RHIC能区Au+Au碰撞中带电粒子直接流与超子整体极化的计算与分析

非对心的相对论重离子碰撞中,不参与碰撞的核子会对参与碰撞的核子产生纵向拖拽,形成一个相对于纵向倾斜的夸克胶子等离子体(QGP)火球.同时,对撞的原子核可将巨大的轨道角动量沉积于QGP中,使其中的部分子沿系统总角动量方向发生自旋极化.在光学Glauber模型基础上,本文构建了倾斜的三维QGP初态条件,并结合3+1维黏滞流体力学模型CLVisc,研究了重离子碰撞的末态带电粒子的直接流和Λ/■超子的整体极化.计算表明,倾斜的初态条件与流体力学模型的结合能够较好地描述RHIC-STAR实验上观测到的直接流与超子整体自旋极化的数据.这为人们利用这些观测量进一步约束重离子碰撞产生的核物质的初始几何与运动学状态提供了理论依据.     

对称双势垒量子阱中自旋极化输运的时间特性

电子的隧穿时间是描述量子器件动态工作范围的重要指标. 本文考虑k³ Dresselhaus 自旋轨道耦合效应对系统哈密顿量的修正, 结合转移矩阵方法和龙格-库塔法来解含时薛定谔方程, 进而讨论了电子在非磁半导体对称双势垒结构中的透射系数及隧穿寿命等问题. 研究结果发现:由于k³ Dresselhaus 自旋轨道耦合效应使自旋简并消除, 并在时间域内得到了表达, 导致自旋向上和自旋向下电子的透射峰发生了自旋劈裂; 不同自旋取向的电子构建时间和隧穿寿命不同, 这是导致自旋极化的原因之一; 电子的自旋极化在时间上趋于稳定. 关键词： 自旋极化输运 透射系数 隧穿寿命 自旋极化率     

量子点双链中电子自旋极化输运性质

利用非平衡格林函数方法, 研究了与单个量子点耦合的量子点双链中电子自旋极化输运性质. 由于系统中Rashba自旋轨道耦合产生的自旋相关的相位, 电子通过上下两种路径时, 自旋不同的电子干涉情况不同, 从而导致了电极中的自旋极化流. 左右两电极间的偏压使单个量子点中的自旋积聚在很大能量区域内能够保持较大的值. 由于系统结构的左右不对称, 正负偏压下自旋积聚情况完全不同. 这些计算结果将有助于实验上设计新型的自旋电子学器件.     

自旋与手征动力学的输运模拟研究

自旋相关的物理是多个研究领域的热门课题。核子和夸克都是自旋为1/2的费米子，在非对心重离子碰撞中受到自旋-轨道相互作用以及磁场的影响，会产生有趣的自旋动力学，特别是在垂直于反应平面方向上会出现自旋极化。在相对论重离子碰撞中，由于产生了极端的高温高密环境，夸克可以近似看作无质量粒子，此时自旋动力学过渡为手征动力学。在外界电磁场、涡旋场作用下以及在电荷与手征荷不对称的条件下，会产生一系列手征反常效应。本文介绍我们课题组基于输运模拟在自旋与手征动力学方面开展的一系列研究工作，包括中能重离子碰撞及相对论重离子碰撞中粒子的自旋极化、理想体系及相对论重离子碰撞中的手征磁波等。     

相对论自旋流体力学

近年来,随着重离子碰撞实验中超子自旋极化与矢量介子自旋排列现象的发现,关于夸克胶子物质中自旋输运的理论研究也得到蓬勃发展,其中包括相对论自旋流体力学,它是描述自旋输运的流体力学理论.本文对相对论自旋流体力学的近期发展进行了综述,主要包括以下内容:1)相对论自旋流体力学基本方程的推导,包括宏观的唯象学推导、基于有效场论的推导以及基于输运理论的推导; 2)该理论框架的一些特殊性质,包括能动量张量中的反对称结构以及赝规范变换性质等; 3)在Bjorken和Gubser膨胀体系中的解析解及其对于重离子碰撞物理的意义.     

正多边形量子环自旋输运的严格解

研究了存在Rashba自旋轨道相互作用的正多边形量子环的自旋输运特性．采用量子网络的典型方法和Landauer-Büttiker电导公式,严格求解了电子通过正多边形量子环的散射问题,并得到了电导的解析表达式．通过数值计算和解析分析,进一步研究了量子环电导随电子波矢和自旋轨道相互作用强度变化的复杂形式,包括源于自旋轨道耦合相互作用的电导零点系列．特别地,还研究了正多边形环的边数趋近于无穷的极限情形,与直接采用圆环模型获得的结果完全一致． 关键词： Rashba自旋-轨道相互作用 量子网络 量子输运     

二噻吩硼烷异构体分子结构测定的第一性原理研究

本文在第一性原理计算基础上结合非平衡格林函数方法,研究了量子干涉效应对连接镍电极的二噻吩硼烷(dithienoborepin,DTB)分子结自旋输运性质的影响,并通过氨基和硝基钝化实现了对二噻吩硼烷分子异构体(DTB-A和DTB-B)的区分.结果表明,原始的DTB-A和DTB-B分子结在费米能级两侧都有一个自旋向上透射峰和一个自旋向下透射峰,且两个透射峰的能量位置和高度基本相同.因此,原始DTB-A和DTB-B分子结的自旋向上和自旋向下电流曲线基本重合,不能被明显区分.然而,研究发现量子干涉效应能不同程度地增强氨基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,并减弱氨基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.此外,研究还发现量子干涉效应可以显著提高硝基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,同时减弱硝基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.由于量子干涉效应对氨基和硝基钝化的DTB异构体分子结自旋输运能力有不同的调制作用,因此可以通过测量氨基和硝基钝化分子结的自旋电流值来区分DTB分子的两种异构体.     

任意正多边形量子环自旋输运的普遍解

在有关偶数正多边形量子环对称连接特殊情形的自旋输运特性的研究基础上,进一步探讨了任意正多边形量子环的自旋输运性质.不仅解析地求解了相关电子散射问题,而且得到了 Landauer-Buttiker 电导的普遍公式,并讨论了它的圆环极限和 Aharonov-Casher 相位问题.结合数值计算,研究了正多边形量子环的Landauer-Buttiker 电导随多边形边数、引线连接方式、自旋轨道耦合强度以及电子波矢的周期变化特性和零点分布规律. 关键词： Rashba 自旋-轨道耦合 Aharonov-Casher 相位 量子网络 量子输运     

旁耦合于介观环与铁磁电极量子点系统中的自旋极化输运

借助单杂质Anderson模型哈密顿量,及利用格林函数和运动方程等理论,研究旁耦合于介观环和铁磁电极的量子点系统中的极化输运特性.结果表明,通过调节点-环耦合强度、铁磁电极中的极化强度、磁矩相对取向及温度等,均能实现控制体系中自旋极化电流的目的,达到自旋阀效应.为此系统作为一种新的自旋电子材料提供理论依据.     

自旋轨道耦合量子点系统中的量子相干

研究了自旋轨道耦合量子点中的量子相干效应.运用输运电子的全计数统计方法计算系统的平均电流、散粒噪声和偏斜,发现体系存在自旋轨道耦合作用时,散粒噪声值随自旋轨道耦合常数的增加而减小.更重要的是,电流、噪声和偏斜随磁通周期性波动,并且波动周期不受自旋轨道耦合强度大小、自旋极化率以及动力学耦合不对称的影响.     

平行耦合双量子点分子A-B干涉仪的电荷及其自旋输运

利用非平衡格林函数方法,理论研究每臂中嵌有一个平行耦合双量子点分子的A-B干涉仪(平行耦合双量子点分子A-B干涉仪)的电荷及其自旋输运性质.无外磁场时,与每臂中嵌有一个量子点的A-B干涉仪相比较,平行耦合双量子点分子A-B干涉仪中电子隧穿变得更加容易发生.当平行耦合双量子点分子A-B干涉仪中引入外磁场时,能够在电导能谱中观察到一个Fano共振和一个反共振,这两种输运状态在磁场取适当数值时能够同时消失.此外,通过调节左右两电极间的偏压、磁通和Rashba自旋轨道相互作用,可以对体系自旋输运进行调控.     

重离子碰撞中的矢量介子自旋排列

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的系统具有巨大的轨道角动量,从而使产生的夸克胶子等离子体具有极强涡旋场,并通过自旋-轨道相互作用导致部分子的自旋极化,经过强子化导致重子的自旋极化以及矢量介子的自旋排列等可观测效应.矢量介子的自旋排列是指其自旋密度矩阵的00元素ρ00偏离1/3.在矢量介子衰变到两个赝标介子的过程中,衰变产物的极角分布只与ρ00有关,以此可以对自旋排列进行测量.理论研究表明,重离子碰撞过程中,重子的自旋极化反映了夸克自旋极化的时空平均效应,而矢量介子自旋排列则反映了夸克反夸克自旋极化的局域相空间关联.本文回顾了相对论重离子碰撞中矢量介子自旋排列的相关理论工作.重点以非相对论夸克融合模型为例,明确地计入夸克极化的相空间依赖性,展示了矢量介子自旋排列与夸克反夸克自旋极化特别是它们之间相空间关联的关系.本文还讨论了涡旋、电磁场、有效φ介子场以及它们的局域涨落对φ介子自旋排列的贡献,结果显示强作用场的时空关联效应是导致φ介子自旋排列的主要因素.矢量介子自旋排列为探索强相互作用物质和强相互作用场的性质提供了新途径.     

串型耦合双量子点处于自旋阻塞区时磁输运性质的研究

使用双杂质安德森模型的哈密顿量,从理论上研究了串型耦合双量子点系统处于自旋阻塞区时的磁输运性质,并用主方程近似方法求解了哈密顿量.结果表明,自旋轨道耦合作用导致的双量子点间的自旋反转隧穿能够解除系统的自旋阻塞.同时也研究了超精细相互作用导致的在量子点内自旋反转和双量子点之间的自旋关联对系统的磁输运性质的影响,取得了一些有价值的结果,并对相关的物理问题进行了讨论.     

电磁波辐照下量子线的电子自旋极化输运性质

理论上研究Rashba自旋-轨道相互作(SOI)量子线在外电磁波辐照下的电子自旋极化输运性质.在自由电子模型下利用散射矩阵方法,发现当Rashba SOI较弱时,自旋极化率与外电磁场频率和电子入射能量无关,而当Rashba SOI较强时,自旋极化率则强烈依赖于外场频率和电子入射能量,其物理根源是Rashba SOI使子带混合引起的.此外,当电子的入射能量增加到打开另一通道阈值时,电子的透射率出现一个反常的台阶结构,这来源于电子与光子的非弹性散射而使电子在子带间的跃迁. 关键词： 量子线 电磁波 自旋极化输运 散射矩阵     

磁量子结构中二维自旋电子的隧穿输运

研究了零偏压和偏置电压作用下磁量子结构中自旋电子的隧穿输运性质. 结果表明电子自旋 输运的性质不仅取决于磁量子结构的构型、入射电子的能量和波矢, 而且取决于偏置电压. 在零偏压下, 由等同的磁垒磁阱构成的磁量子结构不具有自旋过滤的特点, 而由不等同的磁 垒磁阱构成的磁量子结构却具有较好的自旋过滤特点. 偏置电压极大地改变了磁量子结构中 电子的极化程度, 使得电子隧穿等同的磁垒磁阱构成的磁量子结构的输运性质也显著地依赖 于电子的自旋指向. 关键词： 磁量子结构 自旋电子 隧穿输运 自旋极化     

关于重离子碰撞TBCTT和QMD两种理论计算结果的系统比较

为了检验基于两体关联动力学而建立的关于重离子碰撞的两体关联输运理论(TBCTT).对TBCTT和量子分子动力学(QMD)的理论计算结果在不同入射道条件下进行了仔细的比较.结果表明:所计算的各种物理量的时间演化过程,对两种理论而言得到了非常相似的行为,这说明TBCTT是一个具有很好发展前景的重离子碰撞动力学的输运理论.     

T型双量子点分子Aharonov-Bohm干涉仪的电输运

利用非平衡格林函数方法, 理论研究T型双量子点分子Aharonov-Bohm (A-B)干涉仪的电荷及其自旋输运性质. 通过控制T型双量子点分子内量子点间有无耦合, 能够实现在同一电子能级位置处分别出现共振和反共振状态, 根据此性质, 能将体系设计成量子开关器件. 当将两个完全相同的T型双量子点分子分别嵌入A-B干涉仪两臂中时, 磁通取适当数值, 能够出现完全的量子相消干涉. 通过调节量子点能级、左右两电极间的偏压和Rashba自旋轨道相互作用强度, 可对体系自旋流进行调控. 关键词： 非平衡格林函数 T型双量子点分子 Aharonov-Bohm干涉仪 自旋输运