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.     

Zeeman场引起的三组分ERD自旋轨道耦合的二维费米气体能谱偏移

我们研究了zeeman场对三组分含有自旋轨道耦合的二维费米气体的能谱的影响。我们给出了三组分含有新型ERD自旋轨道耦合的费米气体的理论模型。随后通过matlab数值计算求解了没有zeeman场和有zeeman场两种不同情况下体系的二维能谱并画出了图像,分析了zeeman场对于x轴动量上的能谱和y轴动量上的能谱的影响。最后,我们研究了在体系受自旋轨道耦合和zeeman场的双重影响下的粒子配对状态。     

自旋轨道耦合Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性

在Su-Schrieffer-Heeger (SSH)原子链中,电子在胞内和胞间的跳跃依赖于其自旋时,即SSH原子链存在自旋轨道耦合作用时,存在不同缠绕数的非平庸拓扑边缘态.如何探测自旋轨道耦合SSH原子链不同缠绕数的边缘态是一个重要问题.本文在紧束缚近似下研究了自旋轨道耦合SSH原子链的非平庸拓扑边缘态性质及其零能附近的电子输运特性.研究发现四重和二重简并边缘态的缠绕数分别为2和1;并且仅当源极入射电子的自旋被极化(铁磁电极)时,自旋轨道耦合SSH原子链在零能附近的电子输运特性才能反映其边缘态的能谱特性.尤其是,随着自旋轨道耦合SSH原子链与左、右导线之间的耦合强度由弱到强改变,对于缠绕数为2的四重简并边缘态,入射电子在零能附近的透射峰数目将从4个变为0;而对于缠绕数为1的二重简并边缘态情形,其透射峰数目将从2个变为0.因此,在源极为铁磁电极的情形下,通过观察自旋轨道耦合SSH原子链在零能附近电子共振透射峰的数目随着其与左、右导线之间耦合强度的变化,来探测其不同缠绕数的边缘态.上述结果为基于电子输运特性探测自旋轨道耦合SSH原子链不同拓扑性质的边缘态提供了一种可选择的理论方案.     

自旋光电流与电流诱导的电子自旋极化——半导体自旋电子学的新进展

文章通过自旋光电流与Kerr效应的实验，介绍在自旋一轨道耦合的体系中，如何通过自旋注入来驱动电子的运动产生电流，又如何反过来通过电子的运动或电流在系统中产生自旋激化．实验结果表明，自旋轨道耦合不但给我们提供了对自旋的操控手段，而且还给我们提供了用非磁性材料且无外加磁场条件下作为自旋源的新途径．     

关于LS耦合的适用条件

通过经典电磁学的数量级估计和量子力学的计算表明，多电子原子中适用ＬＳ耦合的条件应为：电子的自旋－轨道磁相互作用小于电子间的剩余静电相互作用而非小于电子的自旋－自旋与轨道－轨道磁相互作用。     

CsNiCl3晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d2/3d8态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵,研究了CsNiCl3晶体的光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Telller效应以及自旋单重态对Ni2+离子基态能级的影响,理论与实验相符合.在此基础上,进一步研究了以前工作中被忽略的自旋-自旋耦合作用和Trees修正对CsNiCl3晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现有四种机理会影响零场分裂参量:1)自旋-轨道耦合机理,2)自旋-自旋耦合机理;3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理;4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理,其中自旋-轨道耦合机理是最主要的,其他三种机理也是不可忽略的.     

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.     

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。     

自旋轨道耦合和电势共同调节的石墨烯中的自旋极化性质

近年来,石墨烯中电子的自旋相关输运引起了越来越多的关注.本论文应用转移矩阵的方法讨论了石墨烯中具有单个界面或者两个界面的结构中,受到自旋-轨道耦合作用和电势的共同影响下自旋相关的输运性质.对于单个界面结构,由于自旋-轨道耦合作用导致能级产生劈裂,在固定的入射能量下,电子在自旋-轨道耦合区域产生两种传播模式.在自旋-轨道耦合区域加了电势后,透射几率和模式临界角都会受到较大的影响.对于两个界面结构,粒子的透射几率不仅与入射角有关,还与自旋-轨道耦合区域的宽度和自旋进动长度有关,而电势对同自旋方向的传输几率以及自旋反转的几率都有影响,适当地选取系统的参数和电势的大小,可以控制出射的电子自旋方向,实验上可以用来设计自旋反转器或者或者自旋控制器.     

Rashba自旋轨道耦合作用下电荷流散粒噪声与自旋极化的关系研究

根据存在自旋轨道耦合时基于散射理论的电流表达式和散粒噪声表达式,并利用自旋密度矩阵推导出沿自旋量子化坐标的自旋极化率表达式.解析计算了单通道的情况,发现自旋极化率和电荷流散粒噪声无关.由于多通道解析推导的困难,使用非平衡格林函数技巧,数值计算了包含自旋轨道耦合效应的纯净二维电子气的多通道情况.分别改变偏压、自旋轨道耦合系数、导体长度,研究了这三种不同条件下的自旋极化率与电荷流散粒噪声Fano因子的相关性.两者的相关性表明,相关性定量关系的建立可能为自旋极化的全电学检测提供新思路. 关键词： 散粒噪声 自旋极化 Rashba自旋轨道耦合 散射矩阵     

自旋—轨道耦合下冷原子的双反射

随着中性冷原子气体的人造自旋-轨道耦合的实验实现,近年来人们开始关注与之相关的可能应用,其中包括自旋-轨道耦合下原子反射镜的研究.本文在前人研究的基础上,考虑一束自旋-轨道耦合的冷原子气体入射到有限高势垒的情形,通过将部分反射和全反射情况进行对比,发现了与之前研究不同的性质.我们发现,在全反射条件下,反射原子的极化率随入射角变化较大,而随自旋-轨道耦合强度和原子入射能量的变化较小.但在发生部分反射的情况下,反射原子的极化率不仅随入射角变化较大,随自旋-轨道耦合强度和原子的入射能量变化也十分明显.我们仔细研究了自旋-轨道耦合原子气体的反射性质并讨论了其可能的应用.     

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。     

自旋轨道耦合量子气体中的一些新进展

随着人造规范势和自旋轨道耦合在冷原子体系中的实现,对这类效应的研究成为了冷原子物理研究的热门方向之一.冷原子系统具有丰富的可操控性,因此不仅可以作为优秀的量子模拟平台来研究其他领域中有意义的模型和问题,还基于体系自身的特点衍生出了一系列新颖的问题和方向.本文将以综述的形式介绍具有自旋轨道耦合的超冷原子系统中的一些新研究进展,重点关注该体系中特有的物理要素,如耗散、新颖的相互作用形式、大自旋和长程相互作用对系统性质的影响.这些研究进展可以为理解自旋轨道耦合效应提供新的启示和思路.     

CsNiCl3晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d²/3d⁸态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵，研究了CsNiCl₃晶体的光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Telller效应以及自旋单重态对Ni²⁺离子基态能级的影响，理论与实验相符合.在此基础上，进一步研究了以前工作中被忽略的自旋-自旋耦合作用和Trees修正对CsNiCl₃晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响，发现有四种机理会影响零场分裂参量：1)自旋-轨道耦合机理，2)自旋-自旋耦合机理；3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理；4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理，其中自旋-轨道耦合机理是最主要的，其他三种机理也是不可忽略的. 关键词： 基态能级 精细结构 零场分裂 自旋-自旋耦合     

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.     

自旋-轨道耦合系统中的自旋流定义

通常的自旋流定义在描述自旋-轨道耦合系统中的自旋输运是不完整的与非物理的。文章作者提出在这类系统中自旋流的恰当定义。新定义的自旋流克服了通常定义下的本质缺点，可通过实验直接观测。     

超冷原子中拓扑超流的发展现状

拓扑超流态是一种奇异物质态,它的内部受能隙保护,而在其系统边缘却可以容纳无能隙的Majorana 费米子。由于该粒子满足非阿贝尔统计,并且受拓扑保护具有良好的稳定性,用它 们携带量子化的信息,可以用于拓扑量子计算的研究。近年来,理论工作预测了各类系统中可能 存在的拓扑超流态。我们首先介绍了在各类光晶格模型中的拓扑超流, 光晶格的超冷原子具有良 好的可控性与普适性,是实现拓扑超流的理想模型系统。接下来我们介绍了自旋轨道耦合调控下 的拓扑超流,自旋轨道耦合效应是诱导拓扑相的重要条件,并且人们已经在实验上合成了人工自 旋轨道耦合,这为实验上观测拓扑超流取得了突破性的进展。随着近年来实验技术的提高,曾经 难以在实验中观测的,被人们所忽略的拓扑Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) 超流相也 成为了人们研究的热点,因此我们接下来介绍了拓扑的FFLO 超流。此外,我们还介绍了拓扑超 流其他方面的进展,包括孤子引诱的拓扑超流、三组分的拓扑超流、大陈数的拓扑超流以及拓扑 超流临界温度的提高。在实验中,如何检测与实现拓扑超流,是其研究的目的及意义所在,因 此我们在文章的最后介绍了拓扑超流的识别与实现。     

Fe_2P_2S_6晶体基态能级的精细结构及其Jahn-Teller效应的研究

在弱场图像下,利用Racah不可约张量算符方法得到了三角对称3d4/3d6电子组态的完整的哈密顿矩阵。研究了Fe2P2S6晶体中Fe2+的基态能级和晶体结构,考虑了自旋-轨道耦合与自旋-自旋耦合对基态能级的影响,对Fe2P2S6晶体基态能级和电子顺磁共振的零场分裂进行了计算。计算结果与实验值符合得较好。基于此计算结果,对基态能级和零场分裂中的自旋-轨道耦合、自旋-自旋耦合以及3 L低自旋态进行了更深入的研究,并对Fe2P2S6晶体的Jahn-Teller效应进行了研究。     

费米子的相对论自旋输运理论

在重离子碰撞中,自旋轨道耦合可以导致整体极化现象.自从2017年,STAR工作中发现超子Λ在Au+Au碰撞中的整体极化,整体极化效应引起了学术界的广泛关注.整体极化效应的微观产生机制可以利用粒子之间非定域的散射过程来描述：在重离子碰撞中产生了热密物质,热密物质中的粒子之间通过非定域的碰撞过程实现了轨道角动量向自旋角动量的转换,从而导致散射后的粒子自旋极化.为了描述这一微观过程,在相空间描述自旋轨道耦合更加方便,而自旋轨道耦合又是一种量子效应,所以基于协变维格纳函数的量子动理学理论将是描述整体极化现象的有力工具.本文介绍了基于维格纳函数的量子动理学理论以及自旋输运理论.近期自旋输运理论的发展为以后数值模拟自旋极化现象的时空演化提供了理论基础.     

自旋轨道耦合作用的等效磁场

自旋与电荷一样,是电子的固有属性,电子的周期性轨道运动产生的磁场与电子的自旋磁矩相互作用,这种磁相互作用就是自旋轨道相互作用。在原子物理学中,这种自旋轨道作用会影响原子光谱的精细结构,然而教材中缺少自旋轨道耦合作用在二维半导体材料中的微观描述。本文将引入Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合作用的哈密顿量,研究单电子在无外场下二维平面内运动,讨论一种或者两种自旋轨道耦合的哈密顿量表示。通过自旋与等效磁场耦合的塞曼能量表示,本文计算了本征态下不同自旋轨道耦合作用下的等效磁场,从而有助于探索二维半导体材料中不同自旋轨道耦合作用下的物理特性。