Generalized nonlinear sigma model approach to alternating spin chains and ladders

We generalize the nonlinear sigma model treatment of quantum spin chains to cases including ferromagnetic bonds. When these bonds are strong enough, the classical ground state is no longer the standard Néel order and we present an extension of the known formalism to deal with this situation. We study the alternating ferromagnetic-antiferromagnetic spin chain introduced by Hida. The smooth crossover between decoupled dimers and the Haldane phase is semi-quantitatively reproduced. We study also a spin ladder with diagonal exchange couplings that interpolates between the gapped phase of the two-leg spin ladder and the Haldane phase. Here again we show that there is a good agreement between DMRG data and our analytical results. Received 6 September 1999     

Spin gap and string order parameter in the ferromagnetic spiral staircase heisenberg ladder: a quantum Monte Carlo study

We consider a spin-1/2 ladder with a ferromagnetic rung coupling J perpendicular and inequivalent chains. This model is obtained by a twist (theta) deformation of the ladder and interpolates between the isotropic ladder (theta=0) and the SU(2) ferromagnetic Kondo necklace model (theta = pi). We show that the ground state in the (theta, J perpendicular) plane has a finite string order parameter characterizing the Haldane phase. Twisting the chain introduces a new energy scale, which we interpret in terms of a Suhl-Nakamura interaction. As a consequence we observe a crossover in the scaling of the spin gap at weak coupling from delta/J parallel proportional, variant J perpendicular/J parallel for theta < theta c approximately 8 pi/9 to delta/J parallel proportional, variant (J perpendicular/J parallel)2 for theta > theta c. Those results are obtained on the basis of large scale quantum Monte Carlo calculations.     

阻挫诱导的亚铁磁性Heisenberg系统中的量子相变

利用密度矩阵重整化群(DMRG)方法研究磁性阻挫对一种S=1/2准一维反铁磁自旋链但却具有亚铁磁性的Heisenberg系统基态的影响.计算了单个晶胞的基态能、自旋关联函数以及自旋能隙.研究表明这种Heisenberg自旋系统的基态随着阻挫α的增强将从磁有序相变化到自旋无序相,并且伴随着自旋能隙的出现,量子相变点为α≈0.412.同时线形链上格点间自旋长程关联值的计算结果表明在磁有序区间体系的磁有序性质随着α的增强而减弱,阻挫在0≤α< 关键词： 准一维反铁磁自旋链 亚铁磁性 密度矩阵重整化群 自旋能隙     

A proof of part of Haldane's conjecture on spin chains

It has been argued that the spectra of infinite length, translation and U(1) invariant, anisotropic, antiferromagnetic spin s chains differ according to whether s is integral or 1/2 integral: There is a range of parameters for which there is a unique ground state with a gap above it in the integral case, but no such range exists for the 1/2 integral case. We prove the above statement for 1/2 integral spin. We also prove that for all s, finite length chains have a unique ground state for a wide range of parameters. The argument was extended to SU(n) chains, and we prove analogous results in that case as well.Work partially supported by U.S. National Science Foundation grant PHY80-19754 and by the A.P. Sloan Foundation.Work partially supported by U.S. National Science Foundation grant PHY-85-15288.     

Ground-state phase diagram of the dimerizedspin-1/2 two-leg ladder

Dimerized spin-1/2 ladders exhibit a variety of phase structures, which depend on the intra-chain and inter-chain spin exchange energies as well as on the dimerization pattern of the ladder. Using the density matrix renormalization group (DMRG) algorithm, we study critical properties of the bond-alternating two-leg Heisenberg spin ladder with diagonal interaction J_×. Two types of spin systems, staggered dimerized antiferromagnetic ladder and columnar dimerized ferro-antiferromagnetic couplings ladder, are investigated. To clarify the phase transition behaviors, we simultaneously analyze the string order parameter (SOP), the twisted order parameter (TOP), as well as a measurement of the quantum information analysis. Based on measuring this different observables, we establish the phase diagram accurately and give the fitting functions of the phase boundaries. In addition, the phase transition of cross-coupled spin ladder (in the absence of intrinsic dimerization) is also discussed.     

The ground state of the two-leg Hubbard ladder a density-matrix renormalization group study

We present density-matrix renormalization group results for the ground state properties of two-leg Hubbard ladders. The half-filled Hubbard ladder is an insulating spin-gapped system, exhibiting a crossover from a spin liquid to a band insulator as a function of the interchain hopping matrix element. When the system is doped, there is a parameter range in which the spin gap remains. In this phase, the doped holes from singlet pairs and the pair field and the “4k_F” density correlations associated with pair-density fluctuations decay as power laws, while the “2k_F” charge density wave correlations decay exponentially. We discuss the behavior of the exponents of the pairing and density correlations within this spin-gapped phase. Additional one-band Luttinger liquid phases which occur in the large interband hopping regime are also discussed.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

密度矩阵重正化群方法（DMRG）在求解一维强关联格点模型的基态时可以获得较高的精度，在应用于二维或准二维问题时，要达到类似的精度通常需要较大的计算量与存储空间.本文提出一种新的DMRG异构并行策略，可以同时发挥计算机中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的计算性能.针对最耗时的哈密顿量对角化部分，实现了数据的分布式存储，并且给出了CPU和GPU之间的负载平衡策略.以费米Hubbard模型为例，测试了异构并行程序在不同DMRG保留状态数下的运行表现，并给出了相应的性能基准.应用于4腿梯子时，观测到了高温超导中常见的电荷密度条纹，此时保留状态数达到10⁴，使用的GPU显存小于12 GB.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

密度矩阵重正化群方法（DMRG）在求解一维强关联格点模型的基态时可以获得较高的精度,在应用于二维或准二维问题时,要达到类似的精度通常需要较大的计算量与存储空间.本文提出一种新的DMRG异构并行策略,可以同时发挥计算机中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的计算性能.针对最耗时的哈密顿量对角化部分,实现了数据的分布式存储,并且给出了CPU和GPU之间的负载平衡策略.以费米Hubbard模型为例,测试了异构并行程序在不同DMRG保留状态数下的运行表现,并给出了相应的性能基准.应用于4腿梯子时,观测到了高温超导中常见的电荷密度条纹,此时保留状态数达到10⁴,使用的GPU显存小于12 GB.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

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密度矩阵重正化群的异构并行优化

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密度矩阵重正化群的异构并行优化

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密度矩阵重正化群的异构并行优化

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Exact entanglement studies of strongly correlated systems: role of long-range interactions and symmetries of the system

We study the bipartite entanglement of strongly correlated systems using exact diagonalization techniques. In particular, we examine how the entanglement changes in the presence of long-range interactions by studying the Pariser-Parr-Pople model with long-range interactions. We compare the results for this model with those obtained for the Hubbard and Heisenberg models with short-range interactions. This study helps us to understand why the density matrix renormalization group (DMRG) technique is so successful even in the presence of long-range interactions. To better understand the behavior of long-range interactions and why the DMRG works well with it, we study the entanglement spectrum of the ground state and a few excited states of finite chains. We also investigate if the symmetry properties of a state vector have any significance in relation to its entanglement. Finally, we make an interesting observation on the entanglement profiles of different states (across the energy spectrum) in comparison with the corresponding profile of the density of states. We use isotropic chains and a molecule with non-Abelian symmetry for these numerical investigations.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

密度矩阵重正化群方法（DMRG）在求解一维强关联格点模型的基态时可以获得较高的精度，在应用于二维或准二维问题时，要达到类似的精度通常需要较大的计算量与存储空间.本文提出一种新的DMRG异构并行策略，可以同时发挥计算机中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的计算性能.针对最耗时的哈密顿量对角化部分，实现了数据的分布式存储，并且给出了CPU和GPU之间的负载平衡策略.以费米Hubbard模型为例，测试了异构并行程序在不同DMRG保留状态数下的运行表现，并给出了相应的性能基准.应用于4腿梯子时，观测到了高温超导中常见的电荷密度条纹，此时保留状态数达到10⁴，使用的GPU显存小于12 GB.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

密度矩阵重正化群方法（DMRG）在求解一维强关联格点模型的基态时可以获得较高的精度,在应用于二维或准二维问题时,要达到类似的精度通常需要较大的计算量与存储空间.本文提出一种新的DMRG异构并行策略,可以同时发挥计算机中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的计算性能.针对最耗时的哈密顿量对角化部分,实现了数据的分布式存储,并且给出了CPU和GPU之间的负载平衡策略.以费米Hubbard模型为例,测试了异构并行程序在不同DMRG保留状态数下的运行表现,并给出了相应的性能基准.应用于4腿梯子时,观测到了高温超导中常见的电荷密度条纹,此时保留状态数达到10⁴,使用的GPU显存小于12 GB.     

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