三腿梯子上硬核玻色-哈伯德模型的量子蒙特卡罗研究

运用集团平均场和密度矩阵重整化群方法得到三腿梯子中玻色-哈伯德模型基于z方向密度交错排布的超固体相,比单层三角晶格多一种超固体.然而平均场超流序参量没有考虑超流的方向,这种超固体的本质有待于进一步探索.本文运用可靠的有向圈随机序列展开量子蒙特卡罗方法模拟了三腿梯子上硬核玻色-哈伯德模型,通过测量层内和层间的结构因子和超流刚硬度,发现系统具有密度ρ=1/2的固体,增加量子隧穿后,z方向不存在超固体.计算结果有助于冷原子实验寻找新的量子相.     

光腔内一维扩展玻色-哈伯德模型的量子相变

光晶格为研究冷原子提供了一个非常纯净并且容易调节的实验平台.在光腔内的光晶格中载入冷原子,可以引入光子原子之间的耦合相互作用,有助于人们研究超辐射转变以及超流和超固体等量子相.除了最近邻格点之间原子排斥相互作用有助于形成超固体以外,原子光子耦合系数的正负符号随位置交替变化也有助于形成超固体.本文将这两种相互作用都考虑进光腔中扩展玻色-哈伯德模型,通过测量原子密度、光子密度、超流序参量、固体序参量和超固体序参量,用平均场方法得到系统的基态相图,发现与硬核系统相比,软核系统的超固体范围更大更容易被发现.此研究结果有助于指导光腔中冷原子实验寻找新的量子相.     

腔中超冷玻色气体的扩展哈伯德模型

最近的实验中,ETH小组成功地将玻色气体载入置于腔中的光晶格中,从而在实验上实现了带有长程相互作用的扩展哈伯德模型。文章基于自洽平均场和微扰法,分析了扩展哈伯德模型的量子相变。基态相图展示了带有CDW态的有趣图案。计算了Mott绝缘相到超流相的临界跃迁振幅和超流相到正常流体的临界温度。进一步研究了在固定化学势(μ=0.5)下超流的热力学性质,其显示了有限温下不同长程相互作用强度对体系的影响。     

一维准无序光晶格中硬核玻色气体的量子相变

文章研究处于一维准无序光晶格中的超冷玻色气体,主要研究非对角无序强度对强排斥相互作用极限下即硬核玻色气体的基态性质的影响。基于非对角Aubry-André模型,采用严格的数值计算方法,给出了硬核玻色气体的多体基态波函数。超流因子的计算结果表明,随着无序强度的增加,系统基态会发生从超流态到玻色玻璃相的量子相变。此外,计算了单粒子密度矩阵、自然轨道及其占据等物理量来进一步刻画系统基态量子相的性质。     

光晶格中三维自旋-轨道耦合费米气体的热力学性质

应用平均场理论研究了立方光晶格中三维自旋-轨道耦合费米气体的热力学性质。通过求解能隙方程和粒子数方程,讨论了自旋-轨道耦合对超流序参数、超流转变温度、等温压缩系数和热力学熵的影响,发现了不同于连续系统的反常行为。当平均占据数接近半满填充时,自旋-轨道耦合会抑制超流的形成,导致超流转变温度降低、等温压缩系数减小、热力学熵增大。这与在连续系统中自旋-轨道耦合总是促进超流的形成,导致超流转变温度升高、等温压缩系数增大、热力学熵减小的结论有明显不同。研究还发现在BCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer)极限情况下,等温压缩系数跟态密度成正比,因而可通过测量等温压缩系数作为系统是否发生Mott绝缘相变的一个判据。此外,还发现在正常相熵随自旋-轨道耦合强度的变化规律跟超流相正好相反。     

一维光学晶格中自旋-轨道耦合的超冷偶极费米气体的相图

利用两束蓝失谐的激光构建了一维光学晶格中自旋-轨道耦合的超冷偶极费米气体,并运用密度矩阵重整化群算法研究了该系统的基态特性。在短程和偶极长程相互作用的共同影响下,系统存在丰富的量子相。通过计算纠缠谱、粒子数密度分布和自旋关联函数,发现系统存在四个量子相:相分离相、电荷密度波相、反铁磁莫特绝缘体和非平庸的拓扑绝缘体。     

一种求解Bose-Hubbard模型的简单方法

针对描述晶格中多体相互作用玻色子体系的Bose-Hubbard模型,首先计算相互作用能与跳跃能比值趋于无穷大和趋于零两种极限的基态,分别得到了莫特绝缘态和超流态两个量子相。其次利用平均场近似引入超流序参量,通过二阶微扰解析计算基态能量,从而得到体系从超流态到绝缘态的量子相变的边界方程。最后通过数值软件求解边界方程得到Bose-Hubbard模型的相图。该求解BoseHubbard模型的平均场方法不仅能够得到完整相图,而且整个过程物理图像清晰、简洁明了便于理解。     

莫特绝缘态中偶极玻色子的动力学演化

在具有偶极相互作用的一维玻色哈伯德系统中,通过利用强耦合展开及微扰理论的方法,计算了偶极相互作用V与在位相互作用U_I满足V0.36U_I的区间内淬火后莫特绝缘态的动力学演化。研究发现在此区间基态对应平均填充为1的莫特绝缘态,在强排斥极限下,激发态可近似保留仅激发一对粒子空穴对的态。与标准的玻色哈伯德模型相比,偶极相互作用使得动量分布在演化过程中的振幅和周期增大且出现塌缩与恢复的特性。另外可见度随时间成周期振荡,在小V极限下,振荡的周期与偶极相互作用近似成正比。     

超流费米原子气体的动力学自旋结构因子的研究

主要计算了处于Bose—Einstein-Condensation·Bardeen-Cooper-Schrieffer（BEC—BCS）过渡区的超流费米原子气体的动力学自旋结构因子，并研究了它与频率的依赖关系．发现当波矢q处于（0．05kF，kF）范围内时，在小于超流能隙值的频率范围内动力学自旋结构因子会呈现一个峰．我们认为这个峰是由超流能隙下的自旋激发造成的．     

相对论性超流动力学方程

以超流体的二流体模型为基础,根据超流的微观理论,找到了一个能量-动量张量,并通过能量和动量守恒定律导出了相对论性超流体的宏观动力学方程.在非相对论极限下,将其与非相对论性超流体的动力学方程作了比较,符合得很好.另外还讨论了相对论性超流体中的涡旋量子化.进一步讨论了存在引力场时的情况.     

最大纠缠两玻色子在一维光晶格中的量子行走

基于严格的数值算法,研究了两全同玻色子在一维光晶格中的连续时间量子行走。文章研究系统初始态为最大纠缠态(即N00N态)的情形,着重考察不同的边界条件对两全同玻色子量子行走行为的影响。严格计算了粒子在光晶格中的密度分布随时间演化的过程。计算发现,三种不同的边界条件得到的结果没有明显差异。接着分别计算了量子行走过程中坐标空间与动量空间的两粒子关联函数。结果发现全同玻色子在通过边界之前,两粒子关联函数没有分别,但在通过边界之后,三种边界条件下粒子间的关联函数都呈现反聚束效应,特别地,开边界条件下动量空间关联函数在零动量附近出现一个极大的峰值。     

表面二维吸附层畴结构的低能电子衍射研究

本文推导了表面二维吸附层的低能电子衍射强度的解析表达式,计算了两个现实模型表面的衍射图象,提出了由低能电子衍射图象定量确定吸附畴尺寸分布的方法.当吸附畴的尺寸分布服从规则分布时,超晶格衍射束发生分裂,测量卫星斑点和中心斑点之间的距离,可定量确定吸附畴的大小;当吸附畴的尺寸分布服从无规分布时,超晶格衍射柬增宽,衍射斑点增大,测量衍射束的半峰宽,可定量确定吸附畴的平均尺寸.     

Ge0.6Si0.4／Si应变超晶格光电探测器中的光场分析

首次对Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格光探测器中的光场分布进行了分析和研究，发现这种应变超晶格在总厚度Ｌ＝３４０ｎｍ的情况下，周期数Ｍ≥１５．５才能传输单模光波．另外，还计算了Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格表面及传播一定距离后的光场分布，发现光在其中传播５００μｍ后已衰减到很小．这些结果对器件的设计具有重要的意义     

费曼传播子方法研究超流费米原子气体从一维光晶格中释放后的相干演化

文章基于描述零温超流费米气体的序参量方程，通过费曼传播子方法，解析了关闭光晶格和谐振子势后，超流费米原子气体的相干演化，以及仅关闭光晶格，费米超流在谐振子势中的周期演化。     

二维玻色系统超流密度的重整化群研究

利用Holzmann-Baym超流密度公式以及准确到一圈图的重整化群方法,计算了零温下二维弱相互作用玻色体系的超流密度和超流刚度。计算表明,当高能涨落的贡献占主导地位时,超流密度与超流刚度对化学势的依赖关系会呈现标度行为, 与前人的研究结果相一致。     

一维光学晶格中自旋轨道耦合的超冷费米气体

利用密度重整化群方法研究了自旋轨道耦合与Zeeman场同时存在时一维光学晶格中超冷费米气体的相变。研究发现,当只考虑Zeeman场时,Zeeman场的引入会使系统原有的超流态发生极化,而原有的绝缘态却不会发生极化。当只考虑自旋轨道耦合时,自旋轨道耦合的引入会使系统原有的绝缘态发生相变,使绝缘态变为超流态,而原有的超流态却不会发生相变。当两者同时存在时,自旋轨道耦合会压缩FFLO态并扩张超流态,而且会改变极化率。     

利用三维光晶格技术实现铯原子冷却的实验研究

激光冷却原子是超冷原子分子物理实验的基础,在精密测量、量子模拟等研究中具有重要的意义.为了获得温度更低,密度更高的超冷铯原子样品作为制备超冷基态铯分子的起点,本文实验展示了一种利用三维光晶格装载实现超冷铯原子温度进一步降低的方法,有效克服了磁光阱中超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题.在标准的磁光阱系统中获得超冷铯原子的基础上,利用压缩磁光阱技术提高超冷铯原子的密度.通过四束激光构建三维光晶格,实现超冷铯原子的高效装载,采用飞行时间法测量了原子的温度,观察到温度由~6 0.0μK降低至~1 1.6μK的冷却结果.同时研究了光晶格激光的频率与原子装载数目的关系,发现在负失谐1 5.5GHz时光晶格装载效率最高.同时,本文研究了利用光晶格减小超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题,对于进一步降低铯原子温度的研究具有深远的意义.     

光学晶格中一维偶极玻色气体的各向异性超流

文章研究了准一维光学晶格中的超冷玻色气体在偶板-偶极相互作用下的超流性质.通过解析分析发现,对于一维铬玻色原子气体,适当调节偶极原子的指向可以抑制超流的发生,在特定夹角处不存在超流.当接触作用与偶极相互作用可以相比拟时该效应最为明显,在实验上可以通过测量粒子流来验证该效应.     

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。     

光格子中偶极玻色子的能谱和量子相变条件

通过格林函数方法研究了囚禁在光格子中偶极玻色子的能谱,从能带结构的激发谱可以看出偶极玻色子的超流莫特绝缘体相变条件取决于原子之间的排斥相互作用、偶极玻色子相互作用和耦合隧穿常数之间的关系,同时也运用波戈留夫变换方法得到了超流相.