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.     

掺杂棋盘晶格中的d波超导配对对称性

如何理解棋盘晶格中的强关联电子现象是一个值得深入研究的问题.在阻挫系统中，量子蒙特卡罗模拟通常会遇到符号问题.我们采用约束路径量子蒙特卡罗方法，有效地避开符号问题，研究了定义在掺杂棋盘晶格Hubbard模型中的超导配对关联.我们发现：d波对称性的超导配对关联函数优于其他对称性；d波配对关联函数随着次近邻跃迁强度t′的减小而增大，随着库仑相互作用的增加而增大.研究结果为进一步理解超导体中的关联效应及其超导配对机制提供了有价值的参考，也为理解阻挫和超导的关系提供了思路.     

二维各向异性海森堡反铁磁体的基态性质（英文）

文章研究单离子各向异性影响下的二维正方晶格、自旋为1的阻挫海森堡反铁磁体的基态性质.利用自旋波方法,得到了在零温时该系统的奈尔相和共线相的子晶格磁化强度和基态能,发现了奈尔相-共线相转变的量子临界点依赖于单离子各向异性D以及次近邻反铁磁性耦合J_2与最近邻反铁磁耦合J_1的比值.在经典临界点J_2/J_1=0.5附近,当0≤D/J_1≤0.03时系统存在一个中间无序顺磁相.自旋波的结果表明,在高于J_2/J_1=0.5区域,奈尔相-共线相转变是一级相变,发生在依赖于各向异性的临界线上.     

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。     

关联体系中的拓扑物态

拓扑量子材料是凝聚态物理学中的一个重要分支,当在拓扑量子材料中引入电子-电子之间的关联相互作用,将会在体系中产生复杂的新奇有序相.本文重点回顾目前关于强关联体系中拓扑物态的角分辨光电子能谱实验研究的进展,从拓扑近藤绝缘体和Kagome晶格中的拓扑物态两个方面展开讨论.拓扑近藤绝缘体是在强关联效应诱导的近藤绝缘体中存在的拓扑物态,目前在SmB6和YbB12等相关材料体系中有大量的理论和实验支持证据. Kagome晶格的独特结构将引入新的拓扑相以及强关联的平带,在很多材料体系中诱导出了一系列新的强关联物理现象.深入理解拓扑性与关联性之间的关系,对于理解强关联电子间的相互作用以及实现拓扑物态的精确调控都具有重要的意义.     

三维Lieb lattice模型的能谱结构

Lieb lattice模型的特殊拓扑结构导致其具有异常的能谱结构,比如零能平带、低能下的狄拉克能谱等。选取2种三维Lieb lattice模型,分别写出其在动量空间中电子跃迁的哈密顿矩阵,将该哈密顿矩阵对角化可计算出其能谱。结果显示若不考虑自旋轨道耦合作用,其能谱图像由3条能带组成,且3条能带交于动量空间一点没有能带间隙。若在其次近邻跃迁上施加自旋轨道耦合作用则可以在能带间打开间隙,且随着自旋轨道耦合强度的增加其能带间隙也将逐渐增大。因此,可以得到结论三维Lieb lattice模型与二维Lieb lattice模型相似,若想在其能带间打开一个完整的能带间隙则可以在模型的次近邻跃迁上施加自旋轨道耦合作用。随着其能带间隙的打开,该模型所呈现出的物态也将由拓扑半金属态转变为拓扑绝缘体态。     

计及次近邻作用二维单原子正方晶格振动的色散关系

基于晶格动力学理论推导了计及次近邻原子作用下二维单原子正方晶格振动的色散关系,得到第一布里渊区中3种特殊对称方向的色散关系表达式,每一对称方向仅有两支声学波．分析讨论次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明：在缺乏次近邻原子作用下Г-X方向横波频率为零,X-M方向高频声学波是无色散的,Г-M方向纵波与横波简并;随着次近邻原子间作用的增强,Px和X-M方向声子频率增大,Г-M方向纵波频率也增大,并且当4γ2〉γ1时纵波频率出现极大值,而其横波频率不变,但是11点和M点声子频率始终不变并分别简并．     

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.     

两量子比特Rabi模型的纠缠动力学

利用零级近似方法讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,分析了不同耦合强度对系统纠缠的影响。这里量子比特和光场的初态分别选取为最大纠缠的Bell态和相干态。通过与数值方法比较,发现当量子比特跃迁频率远小于单模光场的频率时,在超强耦合区域内零级近似方法能够很好地描述系统的纠缠特性。结果显示两量子比特之间的纠缠可呈现突然死亡和产生的现象。而当量子比特之间的纠缠消失时,它们与光场的纠缠可以达到最大值,即两种不同的纠缠相互竞争相互制约。     

次近邻电子跳跃对PNB聚合物中极化子能级与晶格位形的影响

在Baranowski-Büttner-Voit（BBV）模型的基础上，讨论了次近邻电子跳跃对PNB（pernigraniline－base）聚合物中空穴型极化子和电子型极化子能谱结构及晶格位形的影响．数值计算表明：（1）逐渐增强的次近邻作用可使两类极化子导带宽度变小，价带宽度变大，极化子能级之间的跃迁能逐渐减小；电子型极化子的宽度明显变小，而空穴型极化子几乎不变；（2）通过与Leng J M等人的实验结果对比，确定极化子晶格中的次近邻跳跃强度β＜0.08．     

二维不对称两组分费米气体的拓扑相变

研究了二维不对称两组分费米气体在零温时的相和相变,划分出不同极化率下正常相和Sarma相的区域.通过能隙和化学势在BCS-BEC渡越过程中的不连续性证明了量子拓扑相变的存在,并着重讨论了不同的配对质量对相变的影响,最后给出了相应的相图.     

具有在位势的二维单原子晶格的色散关系

在简谐近似下,求解了具有在位势的二维单原子晶格振动的运动学方程并得到其色散关系,讨论了在位势、次近邻互作用常数等参数对二维单原子晶格振动影响的基本特点.     

二维单原子晶格非线性振动的扭结孤子解

运用连续极限近似的方法,求解二维单原子晶格的非线性振动方程,当晶格为二维各向同性时,可以得出在只考虑最近邻相互作用和分别考虑3次非线性效应、4次非线性效应以及3次、4次非线性效应同时存在的条件下,二维单原子晶格的非线性振动行为分别由KdV、MKdV和GKdV方程描述,具有扭结孤子解;通过讨论还得出使二维各向同性晶格非线性行为减小或消失的途径,即3次非线性的正效应和4次非线性效应的相互作用结果就可以减小晶格的非线性行为,当3次非线性的正效应因子σ= 1000时,二维各向同性晶格非线性行为将彻底消失.     

掺杂二维Ising系统的相图研究

用Monte-Carlo模拟方法研究了非磁性掺杂下二维Ising系统的相图.在平面四角点阵上,以晶格Ising模型为框架,在周期性边界条件下详细观测了不同非磁性物质掺杂浓度下系统磁化强度和磁畴生长随温度变化的关系,并根据有限尺寸标度理论得到其相变温度.结果发现:当掺杂浓度较低时,存在铁磁与顺磁间的相变;而掺杂浓度较高时,在仅考虑近邻作用下系统无铁磁相.当考虑次近邻相互作用时,发现相变温度将升高.另外考察了不同掺杂浓度下的自旋密度关联.     

Kerr介质中双模相干场与原子多光子相互作用系统的光子统计

利用全量子理论并结合数值计算的方法,研究一个二能级原子与双模相干态光场相互作用系统的光子统计性质．讨论了初始平均光子数、克尔介质的作用强度、跃迁光子数对光子统计特性的影响．     

2016年凝聚态物理学热点回眸

 为盘点2016年凝聚态物理学领域的进展,以电子负折射现象的发现、氦III的新相中观察到半量子涡旋、实现功能氧化物界面处的自旋电荷转化、发现马约拉纳费米子存在的关键证据、在声学拓扑绝缘体实现声子的量子自旋霍尔效应等成果比例,简述了低维量子体系、关联体系、拓扑体系、带隙调控及量子计算等方向的进展。     

量子物质拓扑相的核磁共振量子模拟

拓扑相是一类不能由经典朗道对称破缺理论描述的奇特物质态.这种态具有一些有趣的性质,如依赖于拓扑流形的基态简并度、准粒子分数统计和拓扑纠缠熵等.拓扑相的性质研究在凝聚态物理中本身具有重要意义,如促进新型材料的发现.另一方面,拓扑相提供了一种天然的无噪声介质,在容错量子计算领域也有着潜在的应用.然而,受限于当前苛刻的实验条件和可控的实验手段,在真实体系中观测并探索拓扑相的性质是一件困难的事情.量子模拟用一个可控的量子系统模拟复杂的或难以观测的物理现象,为我们研究拓扑相提供了有力手段.核磁共振体系作为量子模拟的物理实现平台之一,在多量子比特实验中具有成熟的控制技术和精确的测量手段,是一个很好的测试平台.本文首先介绍拓扑相的基本概念和性质,回顾核磁共振在量子模拟中的应用,然后讨论基于该体系完成的关于拓扑相量子模拟的几个实验工作,最后给出总结并展望此研究领域的前景.     

自旋轨道耦合驱动下二维质量不相等费米气体的拓扑相

用平均场理论研究了二维质量不相等费米气系统的零温特性,该系统具有equal-Rashba-Dresselhaus(ERD)型自旋轨道耦合作用和Zeeman场。在该系统中存在三种不同的超流相(US-0相、US-1相、US-2相),我们通过数值分析能隙方程和粒子数方程组成的自洽方程组,发现二维费米气系统的质量相差越大,Zeeman场对超流序参量Δ的抑制作用就会越强。在弱吸引相互作用区域,随着自旋轨道耦合强度的增加,US-2拓扑超流相会逐渐收缩。自旋轨道耦合强度一定情况下,质量比0λ≤1时,只有在弱吸引相互作用区域存在US-2拓扑超流相;当质量比λ1时,在弱相互作用区域和强相互作用区域都存在US-2拓扑超流相。     

量子点光跃迁性质的研究

针对半导体量子点中电子的光跃迁性质进行了研究 ,建立起盘形量子点模型 ,具体分析了该模型的电子结构和电子态 .讨论了光场作用下 ,量子点中电子的跃迁几率、跃迁频率、选择定则和能级结构 ,并给出了吸收系数α的解析表达式和相应的吸收曲线 .最后 ,还讨论了量子点光跃迁性质对尺寸的依赖性以及此模型的一维、二维过渡 .结果表明 ,当束缚增强 ,能级随半径变小而增高 ,能级差变大 ;而且 ,吸收峰随尺寸减小向短波方向移动 ,即发生蓝移     

二维复式晶格有限集团的电子结构特性

选取二维复式晶格作为有限系统的集团模型,在紧束缚近似下,计算了最近邻及考虑到次近邻集团的态密度。讨论了不同结构参数对态密度及带宽的影响。