一维量子子自自旋链中拓扑有序态的物理描述

一维量子多体系统是凝聚态物理学中的重要研究方向之一,其中的新奇量子物态则是重要的研究课题。本文我们首先简要回顾一维量子整数自旋链体系的相关研究背景,然后提出一类SO(n)对称的严格可解量子自旋链模型及其矩阵乘积基态。当奇数n≥3时,体系的基态为Haldane相。利用这类态中隐藏的稀薄反铁磁序,我们找到了刻画这类态的非局域弦序参量,并在隐藏拓扑对称性的统一框架下解释了稀薄反铁磁序以及边缘态等奇特现象的起源。当偶数n≥4时,体系的基态为二聚化态。这些态属于破缺平移对称性的非Haldane相,但同样具有隐藏的反铁磁序。通过这些严格解的研究,我们还得到了一维SO(n)对称的双线性–双二次模型的基态相图,并发现在n≥5时,一维SO(n)对称的反铁磁海森堡模型的基态处于二聚化相中。基于以上这些结果,我们推广构造了一维平移不变且包含李群G对称性的Valence BondState(VBS)态,并利用其矩阵乘积表示讨论了对应哈密顿量的构造方法。对于自旋为S的量子整数自旋链,我们研究了两类具有不同拓扑属性的VBS类,前一类VBS态的边缘态处于SU(2)自旋J的不可约表示,后一类VBS态的边缘态为SO(2S+1)旋量。在前一类态中,我们以自旋为1的费米型VBS态为例构造了对应的哈密顿量。对后一类态,我们证明了它们等价于SO(2S+1)矩阵乘积态,从而揭示了呈展对称性的起源和边缘态的性质。我们还推广了SO(5)对称的玻色型和费米型VBS态,并探讨了它们的拓扑刻画方式。     

自旋团簇量子主方程的复合动力学对称性和热力学性质

基于三同核线型自旋团簇(每个粒子的自旋为S=1/2)的非自治量子主方程,研究了处于热辐射场中的自旋团簇的热力学性质.利用新颖的代数动力学方法,即引入动力学群的左右表象,不仅发现了自旋团簇的一个子空间态具有的SU(2)U(1)U(1)结构,而且对该子空间态在演化中所产生的耗散和退相干性质进行了计算.     

周期性Hubbard模型密度矩阵函数的研究

在晶格密度泛函理论(LDFT)的框架内研究了哈巴德(Hubbard)模型,当考虑晶格内位置的单粒子密度矩阵γij、自旋S时,这个模型的相互作用能w[γij,S]为密度矩阵γij、总自旋S的函数.且当所有最近邻的γij=γ12时,对环状系统的w[γij,S]可获得精确的数值计算结果;文中同时还讨论了w[γij,S]函数在弱电子关联(γ102)和强电子关联(γi∞j)以及在γ1∞2<γ12<γ012区域限制下的性质.以非关联能w0[γ0ij,S]为单位标度的w[γij,S]表明的赝普适行为与g12=(γ12-γ1∞2)/(γ012-γ1∞2)函数一样.另外,w[γij,S]函数对不同总自旋S有一定的依赖.     

自旋S=1淬灭键稀释蜂窝格子伊辛模型

本文提出一种新的缀饰方法,将交换作用参数处在子空间exp(K)cosh(J)=1的自旋S=1淬灭键稀释伊辛模型映象到混合自旋淬灭座稀释缀饰格子系统。对此混合自旋缀饰系统,应用退火模型近似求得自旋S=1淬灭键稀释蜂窝格子伊辛系统的临界温度、磁化强度与键浓度之间的解析关系。 关键词：     

Co(S1-xSex)2系统中的铁磁量子相变

针对Co(S1-xSex)2系统在x=0.11附近发生的铁磁金属到顺磁金属相变,制备了一系列不同Se替代浓度的多晶样品.通过对其结构和电阻率-温度ρ(T)关系的系统观测,结果发现,样品铁磁相变温度TC随着Se替代浓度x值的增加,以(1-x)1/2关系单调下降,其二级铁磁相变转变为一级相变;在临界浓度x=0.11附近,其ρ(T)关系由Fermi液体行为转变为非Fermi液体行为.作者认为,Co(S1-xSex)2系统在x=0.11附近发生的是一种量子相变,在该量子相变点附近零温度下的自旋量子涨落导致其ρ(T)关系的反常行为.     

Ising自旋（S=1／2）反铁磁超晶格低温热力学

利用费米子变换方法,将 Ising 自旋(S=1/2)反铁磁超晶格体系变换为粒子数不守恒的费米子体系.再利用量子统计微扰方法,在二级微扰近似下对周期为L=L_a+L_b(L_a=L_b)的 Ising 自旋(S=1/2)反铁磁超晶格进行了计算,求得了这种超晶格体系的自由能等一些热力学量和温度(T)、周期 L 的关系式.     

三量子位和四量子位Heisenberg XY链中的纠缠与自旋压缩(英文)

研究了三量子位和四量子位Heisenberg XY链中的基态纠缠与自旋压缩,给出了纠缠C和自旋压缩参数ξ2的解析表达式.结果表明,当外部磁场B大于某一临界值Bc时,纠缠与自旋压缩等价,即纠缠意味着自旋压缩,反之亦然.对三量子位情形,Bc=J[(4-3γ2)1/2-1];对四量子位情形,Bc可以通过数值方法进行求解.     

两腿XXZ自旋梯子模型的量子相变与量子临界现象

对于无限大尺寸两腿自旋1/2的XXZ自旋梯子模型,通过运用基于随机行走的张量网络(TN)算法数值模拟出基态波函数,首次尝试研究自旋梯子模型的约化保真度、普适序参量、纠缠熵等物理观测量,并系统研究基态保真度的三维挤点与二维分叉、约化保真度的分叉、局域序参量、普适序参量、纠缠熵和量子相变之间存在的关联关系.基于张量网络表示的算法在任意随机选择初始状态时,可以得到两腿XXZ量子自旋梯子系统简并的对称破缺基态波函数,该基态波函数是由于Z2对称破缺引起的.本文期望所提供的方法可为进一步研究凝聚态物质中热力学极限下的强关联电子量子晶格自旋梯子系统的量子相变和量子临界现象提供一种更有效的强大的工具.     

二维反铁磁Heisenberg模型(s=1/2)的低能性质研究

利用一种有效的Monte Carlo簇团迭代方法进行了关于二维反铁磁Heisenberg量子模型的数值研究。比较手征微扰理论的有关解析结果,在有限温度和有限体积下精确地确定了该系统的重要低能参数:基态能量密度e_o=-0.6693(1)J/a²,参差磁化强度M_s=0.3076(4)/a²,自旋波速度?c=1.68(1)Ja和自旋块度(spin stiffness)ρ_s=0.185(5)J。计算结果与 关键词：     

海森堡自旋链的几何量子失协

本文采用Diosi、Gisin提出的非马尔科夫量子态扩散方法,系统地研究了处于非马尔科夫环境中海森堡自旋链模型的几何量子失协。首先通过非马尔科夫量子态扩散主方程计算出系统的约化密度矩阵。然后将约化密度矩阵带入量子失协公式中,从而实现了在数值上精确地模拟海森堡自旋链的几何量子失协。最后以最大纠缠态■作为系统的初始态,详细地讨论了系统中各种参数在海森堡自旋链几何量子失协中的作用。根据数值模拟结果显示:环境关联系数γ、参数J、参数α和参数η能从不同的程度上影响量子系统几何量子失协动力学的演化过程。当环境关联系数γ较小时,几何量子失协呈现出明显的上升趋势。表明非马尔科夫环境对系统的几何量子失协具有积极的作用。同时较大的参数J、参数α和参数η对系统的几何量子失协也有积极的作用。本文的研究对于增加系统的几何量子失协具有一定的作用和意义,为实验研究者在实际中提高几何量子失协提供了理论依据。     

横场中具有周期性各向异性的一维XY模型的量子相变

通过解析和数值计算的方法研究了横场中具有周期性各向异性的一维XY自旋模型的量子相变和量子纠缠.主要讨论了周期为二的情况,即各向异性参数交替地取比值为α的两个值.结果表明,与横场中均匀XY模型相比,α=-1所对应的模型在参数空间的相图存在着明显的不同.原来的Ising相变仍然存在,没有了沿x和y方向的各向异性铁磁(FM_x,FM_y)相,即各向异性相变消失,出现了一个新的相,并且该相内沿x和y方向的长程关联函数相等且大于零,我们称新相为各向同性铁磁(FM_(xx))相.这是由于系统新的对称性所导致的.解析结果还说明系统在FM_(xx)相中的单粒子能谱有两个零点,是一个无能隙的相.最后,利用冯·诺依曼熵数值地研究了系统在新相内各点的量子纠缠,发现该相内每一点的冯·诺依曼熵的标度行为与均匀XY模型在各向异性相变处的相似,即S_L～1/3㏒_2L+Const.     

含Maxwell–Chern–Simons项CP1非线性σ模型的分数自旋和分数统计性质

在(2+1)维时空中研究了含Maxwell-Chern-Simons(MCS)项的CP¹非线性σ模型的量子对称性质.取库仑规范,用Faddeev-Senjanovic路径积分量子化方案对该系统进行量子化.根据约束Hamilton系统的量子对称性质,在量子水平上得到了系统分数自旋性质     

有限温度张量重正化群方法及其在阻挫量子磁性研究中的应用

阻挫量子磁体中的新奇物态与效应是凝聚态物理研究的重要前沿方向,因其与高温超导、拓扑量子计算等的密切联系,近年来吸引了人们浓厚的研究兴趣。实验上,阻挫自旋液体候选材料的 新进展层出不穷,人们系统地研究了若干三角晶格、笼目晶格和六角Kitaev 阻挫磁体等材料,发 现其在一定条件下展现出自旋液体态的特征,但澄清其中的量子物态是充满挑战的量子多体问题。 作者最近的工作指出,可以从有限温度张量重正化群多体计算入手,开展热力学性质的精确计算 与分析,确定阻挫磁体的微观自旋模型,做出进一步理论预言并开展实验验证,从而建立量子磁性 系统的多体计算精确研究方案。有限温度张量重正化群方法是计算大尺寸二维阻挫量子自旋模型 有限温度性质的有力工具,在本文中作者首先介绍新近发展的系列张量重正化群方法,包括线性 和指数张量重正化群等。随后,作者讨论有限温度张量方法在三角晶格量子伊辛磁体TmMgGaO4 和六角晶格Kitaev 磁体α-RuCl3 的微观自旋模型中的具体应用：通过高精度和全面的多体计算, 揭示出其中存在演生U(1) 对称性与拓扑相变,以及高场量子自旋液体态等新颖的结论,这些理 论预言也陆续被实验所证实。通过上述实例,作者展示了有限温度张量重正化群计算方法在自旋 液体候选材料研究中的应用价值,并期待这些方法能在强关联量子物质研究中发挥重要作用。     

磁体“沙漠”中的月牙泉——量子自旋液体

当温度趋于零时,如果阻挫自旋系统不呈现长程磁序也不破缺晶格对称性,而且其低能物理性质表现出分数化的量子特征,这种状态称为量子自旋液体态。量子自旋液体随着高温超导的发现而被大量研究,它超越了朗道对称自发破缺的理论框架,并促进了拓扑序理论的发展,其分类理论是以投影对称群为代表的现代数学工具。量子自旋液体中的元激发是分数化的自旋子和演生规范场的光子或量子化磁通,有能隙的量子自旋液体可应用于拓扑量子计算。研究量子自旋液体的理论工具还包括严格可解格点模型、各种不同的数值计算方法和量子场论等。实验上,三角晶格、笼目晶格、六角晶格甚至三维格点系统中的量子自旋液体候选材料相继被发现和深入研究,探测手段包括核磁共振、中子散射、热输运等,调控方法包括高磁场、高压强等。确切的量子自旋液体材料的寻找仍在持续进行中,近些年发展尤其迅速。中国研究人员做出了很多努力,并在部分方向上逐步开始起引领作用。量子自旋液体是一个充满困难和挑战的研究领域,也是一个充满魅力和活力的领域。     

液体核磁共振中由分子间偶极耦合和分子内标量耦合共同作用后的谱图裂分模式

在高极化多自旋液体样品中,同时存在着分子间偶极（D）耦合和分子内标量（J）耦合,它们的共同作用产生了一些原来观测不到的分子间多量子相干信号。而且,信号的裂分模式与只存在J耦合的多自旋体系中观测到的多量子相干信号的裂分模式不同。本文从理论和实验上研究了这些禁阻的共振峰及其独特的裂分模式。为了比较验证,我们以I2S3+X自旋体系为例,结合使用选择和非选择性的射频脉冲序列来获得分子间双量子相干信号的五种裂分模式。进而归纳出对IpSq+Xk (p, q, k = 1, 2, 3,…)自旋体系普适的裂分模式规则。并指出,它们中如(1:0:-1)的裂分模式会放大J耦合裂分,使得J耦合常数的测量更精确,特别在J耦合常数很小或不均匀场中的J耦合常数的测量中具有诱人的应用前景。结果表明理论预测,计算机模拟和实验观测结果三者吻合的很好。     

自旋1/2粒子的量子DNLS模型的可积性

导出了量子可导非线性Schr?dinger模型(DNLS)在自旋12粒子情况下的哈密顿量.利用代数方法找到了此模型的量子monodromy矩阵所满足的量子Yang-Baxter方程(QYBE),从而证明其可积性.     

自旋S=1座稀释蜂窝格子的伊辛模型

本文对于自旋S=1的淬灭座稀释蜂窝格子的伊辛模型,在约束条件exp(K)cosh(J)=1下,求得了系统的临界温度和磁化强度与自旋浓度之间的关系。 关键词：     

拓扑激发驱动的热力学相变及其张量网络研究方法

对热力学相及相变的认知构成了我们理解整个物质世界的物理基础,从朗道对称破缺相变范式到拓扑激发驱动的热力学相变,相变理论的研究发展在物质科学进步之路上树立起了一座座丰碑.一个著名的例子就是Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变,它是在从低温到高温的演变过程中, U(1)旋转对称性没有自发破缺情形下,成对涡旋的解耦合所致.近期,人们利用张量网络表示理论和数值计算方法,将统计模型的转移矩阵对应为一维量子模型.再根据量子模型纠缠熵的奇异性,在热力学极限下可以精确确定系统的相图,并准确计算各种物理量,该研究方法为研究具有连续对称性的二维系统的拓扑相变注入了新活力.     

具有次近邻相互作用的五量子比特XXZ海森伯自旋链的热纠缠

研究具有次近邻相互作用五量子比特XXZ海森伯自旋链在磁场作用下的热纠缠性质,利用数值计算求出最近邻两量子比特和次近邻两量子比特的共生纠缠度(concurrence),分别记为C_(12)和C_(13).研究结果表明,阻挫参数对配对热纠缠具有重要影响,而且阻挫参数的变化对C_(12)和C_(13)的影响也各不相同;温度、磁场、Dzyaloshinkii-Moriya相互作用以及各向异性参数对配对热纠缠有着不同程度的影响;通过选择适当的模型参数,可以有效地调节和提高五量子比特XXZ海森伯自旋链的配对热纠缠.     

应用保真度研究两腿XXZ梯子系统的量子相变

本文基于投影纠缠对态的自旋梯子系统的张量网络算法提供了一个有效的方法,来研究两腿自旋1/2的XXZ梯子量子系统的量子临界性,通过与单位格点基态保真度相结合,得到清晰的基态保真度三维图,来探测量子多体系统的量子相变,从而可以绘制出两腿自旋1/2XXZ梯子量子模型的基态相图,在相图中出现铁磁(FM)相、条纹铁磁(SF)相、Néel(N)相、条纹Néel(SN)相、Rung singlet(RS)相、Haldane(H)相、Rung triplet(RT)相、临界XY相(XY1相和XY2相)。在不知道系统是否存在局域序参量或非局域序参量的情况下,可以通过系统的基态波函数,在对称性破缺相中由约化密度矩阵得到局域序参量;或者在对称性相中,找出系统存在的非局域序参量,来完整地描述系统的量子相变和量子临界现象。