二维正方晶格中的自旋轨道耦合效应

基于自旋轨道耦合对凝聚态物理的重要性,研究了二维自旋轨道耦合的相对强度对二维正方光晶格系统的影响。文章令二维自旋轨道耦合一个维度的耦合强度与系统跃迁强度相当,即选择x方向的自旋轨道耦合强度α与系统的跃迁强度t相等,通过改变y方向自旋轨道耦合强度β,研究相对强度β/α对色散关系和边缘态的影响。从能谱的计算和图例分析,得出改变相对强度并不会使系统的能隙打开,即不会改变系统半金属的性质,但会影响系统能带的色散关系。在相对强度很小时,色散关系呈非线性的特征;而当其变大时,色散关系变为线性。在开边界条件下,系统存在稳定的边缘态,因此系统具有非平庸的拓扑性质。     

锯齿型石墨烯纳米带边界态

基于Kane-Mele紧束缚模型,在包含自旋轨道耦合作用和塞曼作用项后,我们又引入更为合理的自洽在位库仑相互作用,分析研究各相互作用项对边界带的能带结构和电子分布特征的影响.研究结果表明,自旋轨道耦合作用导致自旋简并劈裂出现非常小的能隙,自洽在位库仑相互作用可使能隙增加,边界带范围增加,而塞曼效应却能保护边界带原有的拓扑属性,使边界带穿过能隙,同时也保护边界态在局域边界的自旋极化特征;4个边界能带由左右两组边界子能带系构成,各边界子能带系在费米能处形成左右能隙和费米波矢,其自旋量子霍尔系统构型属于B型.     

二维拓扑超导体拓扑数的计算

研究了具有自旋轨道耦合的二维晶格模型的的拓扑结构.\ 平庸与非平庸拓扑区域以能带的能隙关闭为界.\ 首先将KITAEV 的Majorana 拓扑数$M(H)$ 推广到二维情况,在动量空间计算了二维晶格的Majorana 拓扑数和相图.\ 由$M(H)=-1$确定的非平庸拓扑区与用TKNN宇称确定的非平庸拓扑区完全一致,证明Majorana 拓扑数与TKNN 宇称是一致的.\ 但Majorana 拓扑数比TKNN宇称的计算简单.\ 文章还计算了有限宽无穷长带的能带和波函数.\ 如果参数取在非平庸参数区则长带的能带显示 Majorana零能模,而且波函数分布在长带的边界上.\ 如果参数取在平庸参数区,则能带不受拓扑保护;系统不出现零能态,或者出现偶数个零能态.     

无自旋费米气体中一维自旋轨道耦合杂质诱导的极化子研究

运用变分波函数的方法,研究了处于无自旋费米海中一维自旋轨道耦合杂质形成的极化子的基本性质.研究结果显示:当杂质没有自旋轨道耦合时,极化子态的动量始终是0;当考虑杂质的一维自旋轨道耦合时,极化子态具有有限的动量,并且随着拉曼耦合强度的增大而减小;当塞曼劈裂不为0时,极化子态的动量会随着拉曼耦合强度的增大而降到0.本文研究...     

晶体场理论计算能量哈密顿矩阵中为零矩阵元的判别

分析了用晶体场理论计算晶体能级时所得到的能量哈密顿矩阵,总结了静电矩阵元、晶场矩阵元、自旋-轨道耦合矩阵元、Trees修正矩阵元和自旋-自旋耦合矩阵元中为零矩阵元的判别方法.     

环状共聚物的电子特性研究

针对由小带隙的聚乙炔和大带隙的苯作为聚合物单体的聚合物的几种简单环状模型,采用紧束缚近似计算方法,研究了它们的电子能谱和态密度特征,并考虑到环状结构的特点,同时在计算过程中也考虑了聚乙炔链中的最近邻和次近邻跃迁.结果表明:由于考虑了次近邻跃迁,导带和价带的对称性被破坏了,有着明显的不对称特征,能隙稍变窄.随着环状聚乙炔链中的苯环数的增多,电子能谱和态密度均有显著的变化,能谱分布逐渐不均匀,呈现出较明显的4条能带,态密度分布也相应地出现4个峰.     

环境对窄锯齿型石墨烯纳米带中边界带的影响

在描述自旋轨道耦合的紧束缚Kane-Mele模型的基础上,我们通过改变边界处原子间的跃迁系数来模拟环境对石墨烯纳米带边界带的影响.理论研究结果显示,对双边跃迁系数同等调控时,随着跃迁系数的增大,两个边界子能带的费米波矢都在向0.5靠近,能隙线性减小.进一步研究表明,通过单边调控原子间的跃迁系数,可对相应边界子能带的结构参数进行调控.     

混合梳子模型中反铁磁阻挫引起的量子相变

利用严格对角化和密度矩阵重整化群方法研究近邻作用为铁磁耦合、对角的次近邻自旋为反铁磁耦合的两条链的混合梳子S=1/2海森堡模型,计算了该系统的基态能和基态总自旋.结果表明:当阻挫α≤0.25时,系统基态是单纯的铁磁态;随着阻挫的增强,系统基态经历一段总自旋S≠0的倾斜相,再转变到S=0的反铁磁态;与其不同的是,在混合梯子模型中,基态从单纯的铁磁态直接转变成S=0的反铁磁态.     

晶体中过渡金属离子零场分裂参量的微观解释I:等效哈密顿理论(英文)

文献中已经提出了很多计算晶体中过渡金属离子零场分裂的微观理论 ,它们适用于不同对象 .证明了这些理论可以发展成一个统一的理论 ,称这个统一的理论为等效哈密顿理论 .若将自旋 轨道与自旋 自旋相互作用作为微扰 ,静电势与晶场势作为零级进行处理 ,其收敛情况很好 ,并且适用于所有过渡金属离子 (3dN ,N =2～ 8)以及所有对称 .在发展与建立等效哈密顿理论的过程中 ,还给出了各相互作用矩阵元的计算公式、等效哈密顿的表达式 ,自旋哈密顿的矩阵形式 ,以及各种对称下非零零场分裂参量等 ,这些表达式对于研究过渡金属离子零场分裂参量和光谱具有普遍适用的意义 .     

气相中TiO催化CO_2加氢的两态反应密度泛函理论研究

为了说明两态反应会影响甚至决定整个反应的反应速率或选择性,运用密度泛函(DFT)B3lyp/6-311+G(3df,2p)方法,对TiO催化CO2加氢生成甲酸反应的单、三重态各个驻点结构进行优化.发现在两个自旋态势能面之间有四处能量交叉点(CPs),由此找出最低能量交叉点(MECP),根据交叉点的构型计算自旋-轨道耦合(SOC)常数,用Landau-Zener非绝热跃迁公式计算出MECP处的跃迁几率,发现四处最低能量交叉点都具有较强的自旋-轨道耦合作用和较高的跃迁几率,且四个最低能量交叉点处电子的自旋翻转均发生在Ti原子不同的d轨道之间,确定了最低能量反应路径.用能量跨度模型计算了在298K下TiO的转化频率(TOF)及整个过程的控制度(XTOF),同时确定了整个反应过程中的决速态.     

一维SOC晶格中In-plane Zeeman场驱动的量子相变

In-plane Zeeman场可以导致费米面变形使其产生不对称性,进而诱发很多新奇的物理现象,而自旋轨道耦合(SOC)则是近年来冷原子研究领域的热点。文章利用密度矩阵重整化群(DMRG)方法研究了in-plane Zeeman场和SOC作用下,一维光晶格中的吸引相互作用的费米气体的量子相变。研究发现:(i)in-plane Zeeman场能够引起非零动量Q配对,即FFLO态;(ii)SOC能使系统由FFLO态变为FFLO-BCS态,最终相变为BCS态;(iii)外势能引起FFLO-BCS态到BCS态的相变。     

晶体中过渡金属离子零场分裂参量的微观解释Ⅰ:等效哈密顿理论

文献中已经提出了很多计算晶体中过渡金属离子零场分裂的微观理论，它们适用于不同对象。证明了这些理论可以发展成一个统一的理论，称这个统一的理论为等效哈密顿理论。若将自旋－轨道与自旋－自旋相互作用作为微扰，静电势与晶场势作为零级进行处理，其收敛情况很好，并且适用于所有过渡金属离子（3d^N,N=2～8）以及所有对称。在发展与建立等效哈密顿理论的过程中，还给出了各相互作用矩阵元的计算公式、等效哈密顿的表达式，自旋哈密顿的矩阵形式，以及各种对称下非零零场分裂参量等，这些表达式对于研究过渡金属离子零场分裂参量和光谱具有普遍适用的意义。     

基于DMRG算法的自旋轨道耦合排斥费米气体的相变研究

用密度重整化群(DMRG)方法研究了自旋轨道耦合作用下的一维光学晶格与超晶格中的排斥费米气体的相变。研究发现在光晶格中,在自旋轨道耦合作用下发生Mott绝缘态与金属态之间的相变。在超晶格中,在自旋轨道耦合作用下发生Band绝缘态、电荷密度波(BCDW)态或Mott绝缘态与金属态之间的相变,并且通过相图分析了自旋轨道耦合强度和相互作用强度对相变的影响。     

t′次近邻跃迁对角分析光电子谱的影响

以SDW波模拟赝能隙,基于具有自旋密度波(SDW)和d-波超导对称性(DSC)的Hub bard唯象模型,同时考虑近邻、次近邻跃迁效应,在平均场近似下计算谱函数及态密度,研究赝能隙和次近邻跃迁(t′)对ARPES的影响。发现考虑次近邻跃迁后得到的结果与铜氧化物高温超导体的性质符合的更好。     

t''''次近邻跃迁对角分析光电子谱的影响

以SDW波模拟赝能隙,基于具有自旋密度波(SDW)和d-波超导对称性(DSC)的Hubbard唯象模型,同时考虑近邻、次近邻跃迁效应,在平均场近似下计算谱函数及态密度,研究赝能隙和次近邻跃迁(t')对ARPES的影响.发现考虑次近邻跃迁后得到的结果与铜氧化物高温超导体的性质符合的更好.     

自旋三重态$Sr_{2}RuO_{4}$超导能隙的P波对称性

在三带模型下,考虑带间和带内的在位库伦排斥、洪特耦合以及带内的配对耦合势,采用RPA近似求解能隙方程,得到了$Sr_{2}RuO_{4}$三个能带上的自旋三重态能隙．计算结果表明,相互作用势在格点上表现为在位的排斥,以及近邻和次近邻格点之间的吸引．xy轨道的配对势近似呈四重旋转对称,而yz和zx轨道的配对势显著地以横向方式展开,呈二重旋转对称．同时,在自旋涨落和电荷涨落的作用下,电子之间的自旋三重态配对能成功再现$Sr_{2}RuO_{4}$的ｐ波形式的能隙结构．随着温度上升,能隙逐渐减小到0,得到转变温度与实验结果基本一致．     

基于密度泛函理论的L2_1型Ni_2MnGe第一原理计算

运用MaterialsStudio6.0程序CASRTEP软件包建立L21型Ni2MnGe单胞和1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线。由Ni2MnGe单胞的能带结构和态密度图可以看出自旋向上和自旋向下的能带都没有出现带隙,说明Ni2MnGe单胞具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性;通过分析1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞的能带结构和态密度图可以得到同样的结论,即Ni2.25Mn0.75Ge具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性。2种晶体中Ni原子自旋向上和自旋向下的态密度占据量几乎相同,因此Ni原子的磁矩很小,而Mn原子d轨道的电子几乎全部局域在自旋向上的态密度中,因此Mn原子磁矩较大。Ni2.25Mn0.75Ge中Ni(A)与Mn存在p-d杂化,比Ni2MnGe中p-d杂化作用更强,这是由于Ni替换了Mn的缘故。     

具有自旋轨道耦合的冷原子费米气中的拓扑超流和FFLO超流

研究了具有自旋轨道耦合的冷原子费米气在外磁场作用下的物理性质.通过自洽求解Bogoliubove-de Gennes方程,发现了在不同磁场强度和粒子填充数下,体系分别存在拓扑超流态和Fulde-Ferrell-LarkinOvchinnikov超流态.当体系处于拓扑超流态时,存在零能Majorana费米子.     

自旋扭曲光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体

研究了自旋依赖双层方形光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates,BEC)的基态特征.双层晶格间的相对扭曲角度和层间耦合强度是影响超冷原子密度分布的重要可调参数.当光晶格的最低能带呈单阱色散时,超冷原子在莫尔晶格(Moire lattice)中的局域化受扭曲角度、层间耦合强度、原子数和晶格深度等的影响;当光晶格的最低能带呈双阱色散时,光晶格的扭曲可导致2个自旋态的反向扭曲,随着层间耦合强度的增加,2个扭曲的自旋态逐渐重合.该研究工作有助于深入探索扭曲光晶格超冷原子中的新奇量子效应.     

链间耦合对极化子动力学的影响

基于扩展的SSH模型,考虑链间耦合作用,研究了有机共轭聚合物中链间耦合强度以及耦合区域宽度对极化子动力学的影响.研究表明,电场驱动下极化子在近邻链间的跃迁过程与耦合强度及区域宽度密切相关.当链间耦合强度适中且耦合区域宽度与极化子宽度相当时,极化子最容易实现从一条链到近邻链的跃迁.此外,若耦合区域存在几何缺陷,即便强电场也难驱动极化子在链间跃迁.