铅（208）1+态的精细结构

采用粒子空穴组态与八极集体振荡声子耦合,然后对角化的方法计算了铅（208）1⁺态能谱和跃迁几率的展布情况.计算表明铅（208）磁偶极巨共振的精细结构随粒子声子间耦合常数交化较大.     

声子色散对抛物量子点中极化子基态能量的影响

在声子色散影响下利用压缩态变分法计算了抛物量子点中弱耦合极化子的基态能量。采用的变分方法是基于逐次正则并且利用单模压缩态变换处理通常被我们所忽略的在第一次幺正变换中产生的声子产生湮灭算符的双线性项。计算得出了在考虑声子色散的情况下抛物量子点中弱耦合极化子的基态能量的数学表达式。讨论了抛物量子点中在电子-声子弱耦合情况下,受限长度,电子-声子耦合常数,色散系数与极化子基态能量之间的依赖关系。     

可调谐激光晶体S因子和声子能量的估算

本文采用了一种特别的多模电-声子耦合模型,利用室温光谱数据估算可调谐激光晶体的黄昆-里斯(Huang-Rhys)S因子,并与单模耦合模型的结果作了比较.最后,还讨论了S因子与晶场强度及基质晶体价键特性之间的关系.     

声子色散和库仑势对量子点中极化子基态能量的影响

本文在声子色散和库仑束缚势的影响下利用压缩态变分法计算了抛物量子点中弱耦合极化子的基态能量。采用的变分方法是基于逐次正则并且利用单模压缩态变换处理通常被我们所忽略的在第一次幺正变换中产生的声子产生湮灭算符的双线性项。计算得出了在考虑声子色散和库仑束缚势的情况下抛物量子点中弱耦合极化子的基态能量的数学表达式。讨论了在弱耦合情况下,受限长度,电子-声子耦合常数,色散系数,库仑结合参数与基态能量之间的依赖关系。     

声子色散对量子点中弱耦合磁极化子声子平均数的影响

利用线性组合算符和幺正变换相结合的方法,研究了声子色散对抛物量子点中弱耦合磁极化子电子周围光学声子平均数的影响。计及纵光学（ LO）声子色散,在抛物近似下导出了基态能量与量子点有效受限长度、声子色散系数、回旋共振频率以及电子－声子耦合常数之间的关系,电子周围光学声子平均数与声子色散系数以及电子－声子耦合常数的关系。数值计算结果表明在弱耦合情况下抛物量子点中磁极化子的基态能量随声子色散系数的增大而减小;电子周围光学声子平均数随声子色散系数增大而增大,随电子－声子耦合常数的增大而增大。     

两量子比特与单模光场耦合系统的精确解

对非旋波近似下两量子比特与单模光场耦合系统进行了求解.在定态问题中精确计算了系统能谱与耦合强度g的关系,通过解析求解可以发现,系统能谱中总有一条能级始终为常数与耦合强度g无关.在动力学问题中,研究了初始时刻纠缠在Bell态的两个原子与单模真空态腔场耦合时量子纠缠的演化问题,讨论了纠缠的突然死亡现象.结果表明:量子纠缠的演化具有周期性,随着耦合强度g逐渐增大,纠缠周期T随之减小,第一次出现纠缠突然死亡的时间不断缩短;在耦合强度较小时,随着原子间偶极相互作用参数η的增大纠缠演化周期逐渐增加,并且不会出现纠缠突然死亡.     

两模光机械系统中超冷原子的量子相变

Dicke模型(DM)用于描述单模玻色光场与多个全同二能级原子相互作用。本文利用自旋相干态变分法得到两模光机械系统中基态能量的精确解,并通过变分法求得相变点并画出基态相图,并在此基础上研究原子-场耦合强度等系统参数对基态稳定性的影响。通过稳定性讨论,我们发现:原子-光子耦合常数g和光子-声子耦合常量ζ都会对光机械系统的基态特性产生影响。当双模光腔变成单模光腔时,机械振子能诱导超辐射相的塌缩;而且当光子-声子耦合强度大时,超辐射相被完全压制,而直接出现两原子能级之间的转移;存在不稳定的非零光子态,类似于超辐射态。光机械腔中光子-声子耦合诱导的超辐射态的塌缩和复苏是不同于光腔内囚禁的BEC系统,即机械振子不存在时的情况,而双模光腔对量子相变点和相图预期也会有影响。可见,分析机械振子的对多稳性和相关的量子相变的影响是非常有意义的课题。     

通过光子与横向光频支声子直接耦合产生超声

详细地讨论了通过光子与横向光频支（TO）声子直接耦合产生高频超声问题。着重研究如下的原则性的实验方案：在构成共振腔主体的离子晶体中掺入某种活化原子（犹如固体激光器中受到抽运的杂质原子）,其受激辐射的光能用于激发TO声子,从而获得超声振动向腔外的输出。分析的结果说明,为保证运行的稳定性,体现在声子与光子的非线性耦会以及声子间耦合的晶格振动非简谐性是必要的。对这种光一声装置的工作物质的探索,将关系到对离子晶体晶格动力学上的非线性及有关电磁耦合特性的深入研究     

金属/介质薄膜中声子热辐射的空间和各向异性研究

基于理论、实验和仿真相结合的方式,着重研究了金属/介质(MD)薄膜中声子热辐射的空间特性和各向异性。声子是由于晶格振动产生的元激发,是物质的内在属性。尽管声子不易调控,但是声子与其他光学激发的耦合会产生奇异的光学现象。特别是红外到太赫兹范围内的光子与极性介质中的声子强耦合产生表面声子激元（SPhP）。SPhP具有强局域、低损耗等特点,与等离子体（plasmon polaritons）形成互补,使得深亚波长光学成为可能。为了进一步了解声子吸收的内在理论基础,首先通过黄昆方程和超晶格连续介电模型在理论上分析了声子吸收。实验上,主要以SiO₂声子作为研究对象,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法,分别在Si/Al（150 nm）薄膜和Si衬底上制备出500 nm厚的SiO₂薄膜。基于傅里叶红外光谱仪(FTIR),在垂直入射下得到热辐射光谱,通过热辐射光谱分析,并结合由时域有限差分算法（finite-difference time-domain,FDTD）计算得出的仿真光谱图,对比了MD薄膜结构和非MD薄膜结构中声子的热辐射,发现MD薄膜结构更能够有利于声子和SPhP的激发。根据Berreman效应,纵光学波（LO）声子只在倾斜入射时产生。光谱线没有呈现洛伦兹线型,因此,虽然LO声子在垂直入射时测得的热辐射图中不辐射,但同样影响横光学波（TO）声子辐射谱的线型。另外,利用FTIR对金属（Si/Al）/介质（SiO₂薄膜）进行热辐射转角测试,对热辐射转角图分析证明,Si/Al/SiO₂薄膜中SiO₂声子遵循LST(lyddano-sachs-teller)关系,纵横声子成对出现,且两种声子的空间辐射特性不同。改变偏振,发现在S偏振和P偏振下,声子热辐射呈现不同的模式, 体现出声子的空间各向异性。并且,声子与光子耦合可以激发SPhP,反过来,SPhP可以增强声子的吸收。基于MD结构,能够激发并调控SPhP和声子辐射行为,为红外器件的实现奠定了基础。     

离子晶格非简谐振动引起的光学非线性与增强吸收型光双稳

处理了光场（电磁场）与离子晶体的非简谐性振动之间的相互作用问题。导出了用简正坐标即声子模式所表达的非线性晶格动力学和非线性宏观极化。在旋转波近似下，得到在入射光驱动下光子－声子耦合体系的总的相干性哈密顿算符。通过相应的静态方程证明该耦合系统会出现增强吸收型光学双稳性，这也就证明了光场与各种玻色子型固体元激发，如光频支声子和半导体中激子的非线性耦合可以作为增强吸收型光双稳的机制。     

声子角动量与手性声子

在经典的物理学理论中,声子广泛地被认为是线极化的、不具有角动量的.最近的理论研究发现,在具有自旋声子相互作用的磁性体系(时间反演对称性破缺)中,声子可以携带非零的角动量,在零温时声子除了具有零点能以外还带有零点角动量;非零的声子角动量将会修正通过爱因斯坦-德哈斯效应测量的回磁比.在非磁性材料中,总的声子角动量为零,但是在空间反演对称性破缺的六角晶格体系中,其倒格子空间的高对称点上声子具有角动量,并具有确定的手性;三重旋转对称操作给予声子量子化的赝角动量,赝角动量的守恒将决定电子谷间散射的选择定则;此外还理论预测了谷声子霍尔效应.     

Effect of defect scattering on anisotropic phonon density in metal films

The effect of defect phonon scattering on the spatial dependence of the distribution of phonons generated by Joule heating in metal films is studied. This interaction process is shown to significantly modify the dependence on the direction of propagation of the phonon energy density spectrum.     

TATB晶体声子谱及比热容的第一性原理研究

利用第一性原理并结合vd W-DF2范德瓦耳斯力校正研究了TATB(C6H6O6N6)晶体声子谱及比热容.采用冷冻声子法计算了TATB晶体声子谱和声子态密度,发现在2.3 THz附近TATB声子态密度最大,证实了太赫兹光谱实验观察到的2.22 THz附近的强吸收峰.基于声子态密度研究了振动模式对比热容的贡献,分析结果表明,常温下0—27.5 THz频段振动模式贡献了比热容的93.7%.同时比较了升温过程中振动模式对比热容的贡献,指出TATB热分解的引发键是C—NO_2键断裂的可能性更大.     

拓扑声子与声子霍尔效应

拓扑学与物理的结合是近几十年物理学蓬勃发展的一个新领域,它不仅活跃在量子场理论以及高能物理中,更广泛地存在于凝聚态物理体系中,包括量子(反常、自旋)霍尔效应和拓扑绝缘体(超导体)等.声子是凝聚态体系中热输运的主要载体;最近由于各种声子器件的发现,声子学得到了广泛的关注.本文介绍了声子的拓扑性质以及声子的霍尔效应现象,分别评述了在破坏时间反演对称、破坏空间反演对称、以及同时破坏时间和空间反演对称三种情况下所产生的声子霍尔效应、声子谷霍尔效应等相关物理研究进展.最后对拓扑学在其他声学体系中的应用做了简单介绍,并进一步讨论了其未来的发展方向.     

Cutoff of long-wave phonons in a nanocrystal due to a nonuniform strain field

This paper considers the effect of extended monopole and dipole strain fields on the low-frequency boundary of the phonon spectrum in a crystal of finite dimensions. The boundary shift depends on the dynamical volume of the nonuniform strain region, which is determined by the parameters of the crystal and the sources of stress. An increase in the volume of the deformed region leads to a decrease in the undistorted part of the crystal, where a phonon with the largest wavelength can be produced. A monopole strain field is more efficient in cutting off long-wave phonons than a dipole strain field, and can “soften” the phonon spectrum. If a source generates stresses of the order of those on an interatomic scale, these effects can be the strongest and most diverse in crystals or phase precipitates with dimensions of less than 10⁻²⁶ cm. Zh. éksp. Teor. Fiz. 111, 1845–1857 (May 1997)     

Anomalous Hall effect for the phonon heat conductivity in paramagnetic dielectrics

The theory of the anomalous Hall effect for the heat transfer in a parmagnetic dielectric, discovered by Strohm, Rikken, and Wyder [Phys. Rev. Lett. 95, 155901 (2005)]10.1103/PhysRevLett.95.155901, is developed. The appearance of the phonon heat flux normal to both the temperature gradient and the magnetic field is connected with the interaction of magnetic ions with the crystal field oscillations. In crystals with an arbitrary phonon spectrum this interaction creates the elliptical polarization of phonons. The kinetics related to phonon scattering induced by the spin-phonon interaction determines an origin of the off-diagonal phonon density matrix. The combination of both factors is decisive for the phenomenon under consideration.     

Spatial dependence of the phonon energy spectrum in resistive film heaters

The steady state spatial dependence of the coupled electron-phonon distributions is studied in a heated metallic film generating high frequency phonons. The phonon energy density spectrum depends significantly on the direction of propagation. It is compared with the spectrum obtained in a substrate- phonon relaxation time model.     

Dispersive anisotropic ballistic phonon propagation in [100] GaAs

We report experimental observations of the phonon focusing pattern in [100] GaAs using low temperature electron beam scanning for phonon generation. The typical dispersive effects for high-frequency phonons expected from the calculations by Tamura have clearly been observed using PbIn tunnel junctions for phonon detection. The quantitative comparison of our experimental results with the frequency dependent calculations by Tamura allowed to determine the dominant phonon frequencies contributing to the detector signal in our different experiments. Above the temperature of the -point the dominant phonon frequencies appear to be shifted considerably to lower values, which could be explained by a heating effect in the liquid-He layer adjacent to the tunnel junction detector. By comparing the observed magnitude of the detector signal with different theoretical treatments of the detector response, we have found satisfactory agreement for a model where the perturbation due to the high-frequency phonons is restricted to the base electrode of the detector reached first by the phonons following their passage through the crystal.     

Interaction of longitudinal phonons with discrete breather in strained graphene

We numerically analyze the interaction of small-amplitude phonon waves with standing gap discrete breather (DB) in strained graphene. To make the system support gap DB, strain is applied to create a gap in the phonon spectrum. We only focus on the in-plane phonons and DB, so the issue is investigated under a quasi-one-dimensional setup. It is found that, for the longitudinal sound waves having frequencies below 6 THz, DB is transparent and thus no radiation of energy from DB takes place; whereas for those sound waves with higher frequencies within the acoustic (optical) phonon band, phonon is mainly transmitted (reflected) by DB, and concomitantly, DB radiates its energy when interacting with phonons. The latter case is supported by the fact that, the sum of the transmitted and reflected phonon energy densities is noticeably higher than that of the incident wave. Our results here may provide insight into energy transport in graphene when the spatially localized nonlinear vibration modes are presented.