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.     

拓扑相和拓扑相变的量子模拟

随着拓扑相和拓扑材料的发现,拓扑已经从数学概念变成现代凝聚态物理学一个重要的前沿方向。尽管越来越多的拓扑材料被预言,在人造可控量子体系中进行拓扑量子模拟仍会对材料的理解和制备起到极大的促进作用。文章简单总结了基于冷原子和超导量子比特系统开展拓扑量子模拟的进展。介绍了这两种量子系统的特点,以及相应的拓扑量子模拟实验方法,还分析了这两种体系在实验手段和物理原理上的联系。     

利用超导量子电路模拟拓扑量子材料

近年来,探索新的拓扑量子材料、研究拓扑材料的新奇物理性质成为凝聚态物理领域的一个热点.但是,由于合成、测量等手段的限制,人们难以在真实材料中实现和观测很多理论预言的材料及其物理性质,促使量子模拟日益成为研究量子多体系统的一个重要手段.作为全固态器件,超导量子电路是一个在扩展性、集成性、调控性上都具有巨大优势的人工量子系统,是实现量子模拟的重要方案.本文总结了利用超导量子电路对时间-空间反演对称性保护的拓扑半金属、Hopf-link半金属和Maxwell半金属等拓扑材料的量子模拟,显示出超导量子电路在模拟凝聚态物理系统方面具有广阔前景.     

极端条件两相界面流与反应流机理、模型与算法研究进展

清华大学喷雾燃烧与推进实验室长期专注于极高速、强可压和高瞬变等极端条件下的两相流和反应流前沿科学问题,并致力于应用基础研究成果解决航空航天动力与推进系统的关键技术难题。综述了实验室近些年在极端条件下两相流动和含化学反应流动物理机理、数理模型与数值算法等方面的研究进展。首先,介绍了实验室发展的耦合高瞬变相变过程的强可压缩气液两相界面流的数理模型和高精度数值方法,以及针对激波受气液(曲)界面约束情况下,描述非定常激波透射/反射(如波角、波强等物理量关系)的激波动力学分析方法。其次,基于上述模型、算法与分析方法,实验室研究了激波液滴相互作用、高速液滴撞击壁面等一系列问题,解析了上述高瞬变过程中复杂波系与界面的时空演化过程。以被激波或壁面冲击的液滴内流体空化初生为例,揭示了曲界面汇聚膨胀波诱导流体空化的机理,推导了预测空化初生位置的理论公式。最后,介绍了面向发动机燃烧室内的强可压缩两相喷雾反应流动,实验室开发了基于Euler-Lagrange框架的高性能数值仿真软件TURFsim,并成功用于真实复杂几何结构的航空发动机燃烧室和超声速燃烧室的数值模拟。以典型的超声速混合层流动数值模拟为例,总结了...     

热库诱导的两比特量子纠缠与量子关联

对比研究了处于热库中的两量子比特的量子纠缠和量子关联随时间的演化。数值模拟的结果表明,尽管热库几乎总能诱导两量子比特的量子纠缠与量子关联,但二者的动力学演化并不完全相同。在与热库的相互作用中,两比特初始形成量子纠缠,随后纠缠逐渐消失,两比特形成纠缠以外的量子关联并得到维持。由此看出,相比于量子纠缠,量子关联对消相干的影响表现得更为稳健。     

沸腾诱导的两相流脉动特征模拟分析

两相流脉动现象广泛存在于有相变过程的换热设备中,对生产工艺流程和运行安全等有着重要影响.本文基于实验观察测试事实构建数值模型,对沸腾诱导的两相流脉动现象和基本特征进行数值模拟分析.一定条件下沸腾两相流系统宏观参数将在时域上出现脉动,包含高频和低频成分.脉动高频成分由核化产生气泡直接引起,而低频成分则是多核化点产生的高频成分的叠加结果.进出口压降、壁面热流密度、核化点数密度等对脉动特征有实质性影响.     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

具有三角形InGaN/GaN多量子阱的高内量子效率的蓝光LED(英文)

对InGaN量子阱LED的内量子效率进行了优化研究。分别对发光光谱、量子阱中的载流子浓度、能带分布、静电场和内量子效应进行了理论分析。对具有不同量子阱数量的InGaN/GaN LED进行了理论数值比对研究。研究结果表明,对于传统结构的LED而言,2个量子阱的结构相对于5个和7个量子阱具有更好的光学性能。同时还研究了具有三角形量子阱结构的LED,研究结果显示,三角形多量子阱结构具有较高的电致发光强度、更高的内量子效率和更好的发光效率,所有的优点都归因于较高的电子-空穴波函数重叠率和低的Stark效应所产生的较高的载流子输入效率和复合发光效率。     

关于量子跃迁的讨论

在一级近似下，讨论了简并连续谱的量子跃迁，指出其微扰矩阵元和态密度与简并量子数有关。     

量子计算与量子模拟

量子计算和量子模拟在过去的几年里发展迅速,今后涉及多量子比特的量子计算和量子模拟将是一个发展的重点.本文回顾了该领域的主要进展,包括量子多体模拟、量子计算、量子计算模拟器、量子计算云平台、量子软件等内容,其中量子多体模拟又涵盖量子多体动力学、时间晶体及多体局域化、量子统计和量子化学等的模拟.这些研究方向的回顾是基于对现阶段量子计算和量子模拟研究特点的考虑,即量子比特数处于中等规模而量子操控精度还不具有大规模逻辑门实现的能力,研究处于基础科研和实用化的过渡阶段,因此综述的内容主要还是希望管窥今后的发展.     

Quantum Group Symmetry in Hofstadter Problem

We show that there is a quantum Slq（2） group symmetry in Hofstadter problem on square lattice. The cyclic representation of the quantum group is discussed and its application for computing the degeneracy density of the model is shown.     

Quantum Group Symmetry in Hofstadter Problem

We show that there is a quantum Sl_q(2) group symmetry in Hofstadter problem on square lattice. The cyclic representation of the quantum group is discussed and its application for computing the degeneracy density of the model is shown.     

基于张量网络算法的自旋梯子系统的弦序参量的研究

通过基于矩阵乘积态(MPS)的强关联电子量子自旋梯子格点系统的张量网络(TN)算法,摸索研究自旋梯子量子多体系统的弦序参量,探测系统的量子相变点,刻画系统的量子临界现象,获取系统的量子相图,这为我们提供了一个研究自旋梯子系统的量子多体物理性质强有力的工具和方法:在不知道系统是否缺乏Landau对称性破缺序或者系统是否存在相关的拓扑弦序的情况下,可以先得到系统的基态波函数,如果基态缺乏Landau对称性破缺序,或可以通过其它方式找出系统存在若干非局域的弦序参量,来完整地描述一些拓扑量子相变点,获得系统的量子相图,从而丰富和发展了传统的Landau对称性破缺的相变理论.     

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.     

Ground-state properties and quantum entanglement in rung-dimerized spin-1/2 antiferromagnetic ladder

The ground-state properties and quantum entanglement of the two-leg rung-dimerized spin-1/2 Heisenberg antiferromagnetic ladders are investigated based on the Green? function combined with the Bond mean-field theory. Numerical results show that the ground-state energies do not change with the rung dimerization, and the ground-state gaps are almost proportionate to the rung dimerization coefficient δ and coupling strength α  . Magnetization curves and entanglement measurements demonstrate that there are five magnetic phases, which are identified in the h–δ$h\text{–}\delta$ phase diagram. Entanglement measurements in different phases exhibit distinct behaviors, implying the fundamental differences of the five magnetic phases.     

交错Dzyaloshinskii-Moriya相互作用对反铁磁Heisenberg链纠缠的影响

主要研究了具有交错Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的反铁磁Heisenberg链的纠缠.基于 density-matrix renormalization group(DMRG)的数值计算表明,交错DM相互作用消除了系统在外磁场H=2处的二级量子相变,从而量子纠缠反常行为也随之消失;同时纠缠范围的发散也被消除,意味着该模型因子化点的消失.交错DM相互作用导致系统在任意强场下也不会达到铁磁饱和状态,从而保持着自旋纠缠.交错DM相互作用有利于通过外场调控纠缠程度和纠缠范 关键词： Dzyaloshinskii-Moriya相互作用 量子纠缠 量子相变 纠缠范围     

Identification of intrinsic gapped behavior in spin-1/2 ladder with staggered dimerization

The zero- and low-temperature behaviors of spin-1/2 two-leg ladder with staggered dimerization are investigated by the Green’s function theory. At zero temperature, the ground state phase diagram is explored, wherein the leg-dimer and rung-singlet phases are revealed, which reflect two different intrinsic gapped behaviors. The former is attributed to the bond alternation along the legs, while the latter is due to the strong rung coupling. It is found that the quantum phase transition from one to another is of the first order, which can be clearly signaled by the rung entanglement entropy. At finite temperatures, the temperature dependence of thermodynamic quantities such as the magnetic susceptibility, specific heat, thermal Drude weight and rung entanglement entropy are calculated to characterize the corresponding quantum phases. It is shown that the magnetic behaviors clearly manifest a typical antiferromagnetism at low temperature, which is in accordance with the experimental results. It is also found that the intrinsic gapped low-lying excitations are responsible for the observed thermodynamic behaviors.     

Quantum Phase Transitions in Anisotropic Spin Ladders with Antiferromagnetic Rungs

We apply perturbation theory to study quantum phase transitions in anisotropic two-leg spin ladders with antiferromagnetic rungs in the strong interchain coupling limit. The energy gap is expanded up to the fourth order in the ratio of the intrachain to interchain couplings. The transition point is determined by examing the disappearance of the energy gap. Present results for the anisotropic ferromagnetic-leg spin ladder are consistent qualitatively with the nonlinear σ-model analysis and in good agreement with the numerical results by the diagonalization method.