贝利相与非线性输运

电子输运现象包含一系列很重要的材料性质,并可以用来提供关于载体物理系统的很多信息。在 最近的二三十年,人们逐渐认识到除了电子能谱之外,电子在布里渊区的几何性质,比如贝利曲率和 轨道磁矩,会在电子输运中起到关键性的作用。在线性输运现象中的此种关联已引起广泛的兴趣并得 到深入的研究。然而,在非线性输运现象中的电子几何性质的作用的研究最近才逐渐起步。此种关联 可以大大加深对各种非线性输运现象的认识,并对如何从材料控制上调节非线性现象的强度提供有价 值的研究视角和指导原则。基于此背景,本文试图引入研究输运现象的半经典理论框架,并在几种输 运现象中举例说明贝利相的作用。     

贝利相与非线性输运

电子输运现象包含一系列很重要的材料性质,并可以用来提供关于载体物理系统的很多信息。在 最近的二三十年,人们逐渐认识到除了电子能谱之外,电子在布里渊区的几何性质,比如贝利曲率和 轨道磁矩,会在电子输运中起到关键性的作用。在线性输运现象中的此种关联已引起广泛的兴趣并得 到深入的研究。然而,在非线性输运现象中的电子几何性质的作用的研究最近才逐渐起步。此种关联 可以大大加深对各种非线性输运现象的认识,并对如何从材料控制上调节非线性现象的强度提供有价 值的研究视角和指导原则。基于此背景,本文试图引入研究输运现象的半经典理论框架,并在几种输 运现象中举例说明贝利相的作用。     

长程电子关联对聚合物中激子极化率的影响

本文研究了在外电场下高分子的线性极化率和三阶非线性极化率,发现电子电子相互作用使激子线性极化率和三阶非线性极化率都降低,而长程电子关联效应的作用更进一步降低 和。准确地计算高分子聚合物的极化率可以更好的理解共轭聚合物的长程电子关联对有机分子线性和非线性响应的影响,确定其结构与非线性光学性质的关系。     

磁性Weyl半金属的实现及其巨反常霍尔效应

作为一个重要的电输运现象,反常霍尔效应的发现已有近140年的历史。长期以来的研究表明,反常霍尔效应在不同的条件下呈现出迥异的主导机制。一是由杂质原子散射所引起的外禀过程,一是晶体能带的贝利曲率所驱动的内禀行为。作为动量空间里的赝磁场,贝利曲率源于布洛赫电子的带间相互作用,对其在整个布里渊区内的积分即为体系的反常霍尔电导]。当贝利曲率由拓扑材料中具有拓扑保护特征的能带所产生时,体系内禀的大反常霍尔效应更能抵抗缺陷和热扰动的破坏,具有更高的稳定性,更有利于器件应用。本世纪之初,物理学家发现磁性材料动量空间中的磁单极子可以产生内禀的反常霍尔效应[4]。现在看来,其中的磁单极子就是人们后来发现的外尔半金属中的外尔点。这为反常霍尔效应的研究提供了全新的能带拓扑理论认识。     

长程电子关联对聚合物中激子极化率的影响

本文研究了在外电场下高分子的线性极化率和三阶非线性极化率,发现电子-电子相互作用使激子线性极化率χ(1)xx和三阶非线性极化率χ(3)xxxx都降低,而长程电子关联效应的作用更进一步降低χ(1)xx和χ(3)xxxx.准确地计算高分子聚合物的极化率可以更好的理解共轭聚合物的长程电子关联对有机分子线性和非线性响应的影响,确定其结构与非线性光学性质的关系.     

随机磁场中的动力学方程

本文讨论了随机磁场中的等离子体的关联与随机性质,导出了关联函数与动力学方程。在此基础上给出了输运方程,并讨论了输运现象的若干特征。 关键词：     

新型非线性光学材料──有机分子晶体与共轭聚合物晶体

许多光学现象如低强光下的电光效应、光弹效应,高强光下的光混频以及一些光散射效应,都在非线性光学之列．其中二阶非线性光学过程在非线性光学器件、远距离通讯和光混频中有着广泛的应用,因而研究十分活跃．但是,迄今多数研究限于无机绝缘体和半导体,因为人们对无机电介质的介电、压电、铁电性质,以及半导体中的输运现象的研究比较深入,对这些材料的性能比较熟悉．七十年代以来,有机分子晶体和共轭聚合物晶体的非线性?...     

非高斯噪声对惯性棘轮中粒子负迁移率的影响

利用随机模拟方法研究了惯性棘轮中非高斯噪声对负迁移率的影响. 分别模拟了绝对负迁移率(ANM), 非线性迁移率(NNM) 和负微分迁移率(NDM) 等三种反常输运现象. 计算结果表明: 1) 在不同的参数空间里, 非高斯噪声参数q 能够增强或者削弱ANM, 诱导NNM 和NDM; 2) 当q 较大时, 反常输运现象转化为正常输运; 3) 随着q 逐渐增大, 平均速度- 关联时间特性曲线朝着关联时间较小的方向移动并且其峰值逐渐减小. 关键词： 反常输运 负迁移率 非高斯噪声     

范德瓦耳斯体系中的量子层电子学

范德瓦耳斯体系中层间耦合的存在使电子波函数扩展分布在各层上,使得空间离散的层自由度成为量子力学自由度.层自由度与电子质心自由度的耦合塑造了动量空间中非平庸的层赝自旋结构,导致丰富的量子几何性质.这些性质为晶格失配的范德瓦耳斯体系所独有,引起各种新颖的输运和光学效应,线性和非线性响应,并为多种器件应用提供新思路,成为量子层电子学研究的前沿课题.本文简要评述了这一范德瓦耳斯材料体系中的新兴研究方向,并结合量子层电子学与非线性电子学、转角电子学、手征电子学等新领域的交叉,对未来一段时间的发展进行展望.     

强关联材料霍尔热导率实验测量综

在材料中输入热流并在垂直于热流的方向上施加磁场时,热载流子将可能被磁场偏转,获 得横向速度,从而导致材料在横向出现一个温度梯度。这种效应被称为热霍尔效应 (THE)。与电 霍尔效应类似,热霍尔效应被预言将在一些拥有非平庸贝利曲率的材料中出现,因此它可以揭示 材料的拓扑性质。然而,热霍尔效应并不像电霍尔一样,只局限于载流子带电的体系;相反,任 何种类的准粒子都可以导热。因此,热霍尔效应也可以用来探索强关联电子体系材料 (尤其是绝缘 体) 的奇异性质。因此,热霍尔效应更具有普适性,并日益成为探测电中性激发,如声子和磁振子 的强有力手段。不仅如此,有如手性声子这样超越一般非平庸贝利曲率图像的因素仍可导致热霍 尔效应;探查其中的热霍尔效应将为理解材料中复杂的微观机理指明方向。但是,热信号比电信 号要微弱得多。尤其是测量热霍尔效应,往往要在较大背景噪音中提取微弱的有效信号,这使霍 尔热导的测量极具挑战性。但是得益于科研工作者大量的努力,该领域在近几年发展迅速,得到 了许多十分有趣的结果。在本文中,我们将简要总结现有的一些令人兴奋的在霍尔热导率测量方 面的成果,指出尚未解决的问题,并提出未来可能的方向。      

关联电子体系中的轨道物理

轨道自由度为凝聚态关联电子材料带来丰富多彩的新量子相的同时也导致了复杂性,对理解强关联电子体系的本质带来了挑战。文章系统地介绍了多轨道关联电子体系的各种物理性质。首先简要地介绍了轨道自由度在过渡金属氧化物和稀土化合物中的重要作用和轨道序的物理图象;其次论述了轨道极化、轨道序及其与晶格畸变的联系;然后讨论了轨道序的理论研究及其在实验上的可能探测;接着介绍了多轨道体系中的金属—绝缘体相变和多轨道超导电性的新特征;最后简短讨论了目前轨道物理研究中面临的问题和挑战。     

关联电子体系中的轨道物理

轨道自由度为凝聚态关联电子材料带来丰富多彩的新量子相的同时也导致了复杂性,对理解强关联电子体系的本质带来了挑战。文章系统地介绍了多轨道关联电子体系的各种物理性质。首先简要地介绍了轨道自由度在过渡金属氧化物和稀土化合物中的重要作用和轨道序的物理图象;其次论述了轨道极化、轨道序及其与晶格畸变的联系;然后讨论了轨道序的理论研究及其在实验上的可能探测;接着介绍了多轨道体系中的金属—绝缘体相变和多轨道超导电性的新特征;最后简短讨论了目前轨道物理研究中面临的问题和挑战。     

密度泛函交换关联势与过渡金属化合物光学非线性的计算研究

在优化几何构型的基础上，对一系列强关联过渡金属化合物，采用密度泛函理论方法中各种 交换关联势计算了电子偶极矩、一阶光学极化率和一阶光学超极化率.考虑基组和频率影响 ，对比从头算MP2，HF方法及实验值，评价了各种交换关联势的计算表现.在此基础上，讨论 新的混合密度泛函交换关联势，以提高密度泛函理论方法计算含有过渡金属体系非线性光学 性质的精度. 关键词： 密度泛函方法 过渡金属化合物 非线性光学     

H-在金属面附近光剥离的波包动力学研究

利用波包演化和自关联函数方法对H^-在金属面附近光剥离的波包动力学进行了研究.结果表明,金属面附近光剥离电子的波包演化和回归结构与H^-到金属面的距离、激光脉冲的脉冲宽度和初始动量都有一定的关系.因此,可以通过改变离子表面距离和激光脉冲的参数对光剥离电子的动力学性质进行调控研究.除此之外,光剥离电子的镜像态寿命对波包的演化和自关联函数也会产生一定的影响:考虑镜像态寿命的影响时,随着时间的演化,波包概率密度的振幅逐渐减小,波包整体上有明显的衰减,寿命对波包演化过程中的干涉有削弱的作用;通过对电子波包的自关联函数研究,发现无限长寿命的电子波包有很好的量子回归现象,而当考虑寿命因素后光剥离电子波包随着时间的演化会发生周期性的坍塌和扩散,经过一段时间后,该回归现象消失.本文的理论研究可以为表面附近电子波包动力学的实验研究提供一定的参考价值. 关键词： 波包 演化和回归 自关联函数 金属面     

二维范德瓦耳斯半导体莫尔超晶格实验研究进展

在二维范德瓦耳斯材料中,可以通过转角及晶格失配构造周期性的莫尔超晶格.自从实验上在“魔角”石墨烯系统中观察到关联绝缘体态和超导电性以来,利用各种二维范德瓦耳斯材料构造莫尔超晶格并研究其中的新奇量子物态成为了凝聚态物理研究的热点和前沿问题.本文主要综述了最近几年在二维半导体过渡金属硫族化合物莫尔超晶格系统中的相关实验进展.在该系统中实现电子“平带”不依赖于特定魔角,实验上,一系列的关联电子物态和拓扑电子物态被相继发现和证实.进一步的理论和实验研究有望在该系统中揭示更多的受电子关联作用和拓扑物理共同支配的新奇量子物态.     

关于透明电介质晶体的非线性折射率

近年来,光学由线性现象扩展至非线性现象,高功率激光的发展,使很多非线性光学效应容易出现,激起人们对研究非线性光学和材料的非线性光学性质的广泛兴趣。目前关于非线性光学的理论日趋完善,但我们不能满足于一般地描述材料的诸非线性张量,应该深入地了解其机制以及诸非线性系数和材料的原子、分子结构以及其他物理化学性质的关联,这是为广泛地寻找许多新的光学材料的物理判据。透明电介质晶体的宏观极化矢量Ｐ可以表示?...     

低维纳米材料量子热输运与自旋热电性质 ——非平衡格林函数方法的应用

低维材料不断涌现的新奇性质吸引着科学研究者的目光. 除了电子的量子输运行为之外, 人们也陆续发现和确认了热输运中显著的量子行为, 如 热导低温量子化、声子子带、尺寸效应、瓶颈效应等. 这些小尺度体系的热输运性质可以很好地用非平衡格林函数来描述. 本文首先介绍了量子热输运的特性、声子非平衡格林函数方法及其在低维纳米材料中的研究进展; 其次回顾了近年来在 一系列低维材料中发现的热-自旋输运现象. 这些自旋热学现象展现了全新的热电转换机制, 有助于设计新型的热电转换器件, 同时也给出了用热产生自旋流的新途径; 最后介绍了线性响应理论以及在此理论框架下结合声子、电子非平衡格林函数方法进行的一些有益的探索. 量子热输运的研究对热效应基础研究以及声子学器件、能量转换器件的发展有着不可替代的重要作用.     

非线性光学超构表面：基础与应用

光学超构表面是一种由亚波长尺度的超构单元在面内排布而构成的准二维人工结构材料。研究人员可以通过选择超构单元的材料组成、几何形状对光的振幅、偏振、相位和频率等光场自由度进行灵活调控。聚焦于超构表面在非线性光场调控领域的原理与应用。首先,概述了非线性晶体到非线性超构表面的发展历程。然后,讨论了对称性和几何相位在非线性光学超构表面中的重要作用。最后,介绍了非线性光学超构表面在波前调控、量子信息处理和太赫兹波的产生与调控等领域中的应用。     

拓扑绝缘体的普适电导涨落

拓扑绝缘体因其无能量耗散的拓扑表面输运而备受关注, 揭示拓扑表面态因其 的贝利相位而产生的拓扑输运现象, 将有助于拓扑绝缘体相关器件的应用开发. 本文回顾了普适电导涨落(UCF) 揭示拓扑绝缘体奇异输运性质的研究进展. 通过调控温度、角度、门电压、垂直磁场和平行磁场等外部参量, 实现了对拓扑绝缘体的UCF 效应的系统研究, 证实了拓扑绝缘体中二维UCF 的输运现象, 并通过尺寸标度规律获得了UCF 的拓扑起源的实验证据, 讨论了拓扑表面态的UCF 的统计对称规律. 从而实现了对拓扑绝缘体UCF 效应的较为完整的理解.     

双量子点Aharonov-Bohm干涉系统输运性质的大偏离分析

由于电子的多体关联和量子相干性的联合作用, 双量子点Aharonov-Bohm 干涉系统中的电子输运过程隐含 内在的快、慢两条通道, 且通道之间的有效耦合强度可以通过磁通调控. 但是, 这一非平庸的内在性质, 在通常的稳态输运电流中不能得以反映. 本文利用在研究非平衡动力学相变中所发展的大偏离方法, 对该输运系统中的电子动力学路径做大偏离统计分析. 结果显示, 以上内在性质将诱导出路径空间中清晰的动力学相变行为.