自旋轨道耦合二维费米气体的热力学性质

应用平均场理论研究自旋轨道耦合和塞曼场共同作用下二维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和塞曼场对系统的等温压缩系数、压强、超流序参和热力学熵的影响,发现了不同于三维系统的新性质.研究表明:在自旋轨道耦合和塞曼场共同作用下,玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensate, BEC)极限区域的等温压缩系数和压强基本不随相互作用变化,这与三维系统中等温压缩系数和压强在BEC极限区域随相互作用强度线性改变明显不同;在BCS(Bardeen, Cooper and Schrieffer)极限下,等温压缩系数和压强敏感地依赖于体系的自旋轨道耦合强度和塞曼场强度.在合适的参数区域,等温压缩系数、压强、超流序参数和热力学熵随自旋轨道耦合和塞曼场强度非单调的变化行为;在有限温度下,热力学熵随自旋轨道耦合和塞曼场的改变在正常相和超流相表现出完全相反的变化规律.     

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。     

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。     

自旋轨道耦合自旋1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中波的传播

研究了自旋轨道耦合自旋1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中线性与非线性波的传播特性.通过引入一个平面波解,分析讨论了系统在弱扰动下的线性波解,发现自旋轨道耦合的引入不仅导致系统平面波解存在条件更加苛刻,而且显著影响了系统基态性质.另外,通过将三组份Gross-Pitaevskii(GP)方程简化为单组份的非线性薛定谔方程,分析讨论了强扰动下系统激发的非线性孤子解,发现孤子的振幅随波数和原子间相互作用的增加而增大,而孤子的宽度随波数和原子间相互作用的增加而减小.     

一维光晶格中排斥费米气体的超流特性

用密度矩阵重整化群方法（DMRG）研究了自旋轨道耦合与谐振外势同时存在时的一维光晶格的排斥费米原子气体的基态性质。研究发现,在一维光晶格中的占据数小于半填充情况下,当只考虑谐振外势时,系统的排斥相互作用超过某一临界值时,系统存在费米超流。当同时考虑谐振外势和自旋轨道耦合时,发现当系统处于金属态时,自旋轨道耦合增强了金属性;当系统处于Mott绝缘态时,自旋轨道耦合减弱了绝缘性且存在超流性。最后分析了在自旋轨道耦合作用下系统的填充数对配对的影响,谐振外势强度的变化与自旋轨道耦合对束缚态的影响。     

有限深势阱中自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚的集体动力学

研究了一维有限深势阱中自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚的集体动力学,利用变分法得到了该系统的动力学方程和基态方程.首先,通过基态方程分析了系统基态平面波相和零动量相之间的量子相变,发现有限深势阱能很好地控制基态的相变;其次,对系统的动力学方程进行了线性化并得到了凝聚体集体动力学的解析解,发现自旋-轨道耦合会引起非简谐的集体动力学.当势阱足够弱的时候,凝聚体会逃逸出势阱,相应的集体动力学也会被阻尼.这些结论为操控玻色-爱因斯坦凝聚体的基态相变和动力学特性提供了理论指导.     

Rashba自旋轨道耦合对电子自旋磁化率的影响

研究了哈伯德强关联系统中，Rashba自旋轨道耦合(R-SOC)对二维正方晶格的自旋磁化率的影响.在线性响应理论中，自旋磁化率可以表示为推迟格林函数.对它所遵守的运动方程做哈特利-福克近似(HFA)和无规位相近似(RPA), 再通过数值求解可得自旋磁化率.结果表明:没有R-SOC的静态磁化率Reχ( q , ω=0)随着库伦排斥势U的增大而增大，随温度T的增大而减小，库伦排斥势和温度对动态磁化率Reχ( q , ω=0)也有相似的影响.在加入R-SOC后，自旋轨道耦合的自旋磁化率实部在 q =0附近形成了平底，而且平底宽度随V_SO的增加而增大.同时自旋磁化率的虚部在平底边沿上呈现剧烈起伏.该效应可作为材料的自旋轨道耦合的显著标志.     

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...     

简谐势+四次势阱中两组分自旋轨道耦合旋转玻色爱因斯坦凝聚体

采用中心差分和虚时演化数值实验方法研究了简谐势+四次势阱中自旋轨道耦合作用下的两分量旋转玻色爱因斯坦凝聚体。发现自旋轨道作用强度和原子种间相互作用对系统基态结构有着重要的影响,原子种间相互作用强度的增加可使系统从相混合变化成相分离;而自旋轨道耦合作用强度的增加,可使系统从相分离的状态变化成相混合,并产生涡旋、形成分块边界。     

自旋轨道耦合对一维光学晶格中吸引性费米原子气体基态性质的影响

文章利用矩阵乘积态（MPS）方法研究了吸引性超冷费米原子气体在自旋轨道耦合（SOC）驱动下的基态性质。一般Zeeman场会使系统处于Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(FFLO)超流态,考虑SOC后我们发现SOC会使FFLO超流态区间变窄。配对质心动量Q随Zeeman场增强而减小,与极化P呈现出线性关系Q=(1-P)π,并且不受SOC影响。通过数值分析准粒子能谱、纠缠熵和纠缠谱,发现在SOC和吸引相互作用下,FFLO超流态是拓扑非平庸的。     

由Rashba效应和横向自旋轨道耦合诱发的量子点接触中的0.7反常结构研究

本文研究了在非对称限制势下由Rashba效应和横向自旋-轨道耦合诱发的量子点接触系统中的反常量子输运行为. 研究发现,在一定范围的Rashba相互作用强度下, 电导在0.8×2e2/h附近有一个较弱的坪台. 该坪台电导的值与非对称限制势的偏压有关. 在某个范围的偏压下, 它会随着偏压的增大而减小. 另外, 由于Rashba自旋-轨道耦合效应, 在非对称限制势作用下电子将会自旋极化. 因此, 在没有任何外加磁场的情况下, 采用纯电学手段即可做成量子点接触自旋偏振器.     

由Rashba效应和横向自旋轨道耦合诱发的量子点接触中的0.7反常结构研究（英文）

本文研究了在非对称限制势下由Rashba效应和横向自旋-轨道耦合诱发的量子点接触系统中的反常量子输运行为.研究发现,在一定范围的Rashba相互作用强度下,电导在0.8×2e~2/h附近有一个较弱的坪台.该坪台电导的值与非对称限制势的偏压有关.在某个范围的偏压下,它会随着偏压的增大而减小.另外,由于Rashba自旋-轨道耦合效应,在非对称限制势作用下电子将会自旋极化.因此,在没有任何外加磁场的情况下,采用纯电学手段即可做成量子点接触自旋偏振器.     

多端口二维电子气输运特性研究

运用表面格林函数方法研究在多端口二维电子气系统中加入自旋轨道耦合的热电效应-自旋能斯特效应.数值计算表明:当Rashba与Dressehaus自旋轨道耦合强度取值不一样时,就会出现自旋能斯特效应,且随磁场的倒数呈现一系列的振荡结构,同时随着自旋轨道耦合强度的增大或磁场的减弱而增强.     

在玻色-爱因斯坦凝聚态中类Dicke模型的相变

自旋和轨道耦合为中性的超冷原子在玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)中的玻色系统提供了研究的机会.文章研究此类系统的相变和基态性质.首先将它映射到著名的量子光学中的Dicke模型,Dicke模型描述了一个原子系综和单模光场之间的相互作用.Dicke模型的中心问题是预测了超辐射相和一个正常相之间的量子相变.我们研究在自旋和轨道耦合中的类似Dicke模型的量子相变.采用平均场自旋相干态法,特别是考虑原子之间的相互作用,计算出描述系统的相变点和基态性质的物理量如平均光子数,平均基态能量、两种自旋激化等物理量的解析表达式,得到在相变前后物理量变化的趋势图并与实验结果相比较.     

地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的. 文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.     

稀土化合物Faraday效应的理论研究

以ＣｅＦ３为例，研究了晶场强度及自旋─轨道耦合对Ｖｃｒｄｅｔ常数（Ｖ）的影响，发现晶场强度在很大的范围内变化时，若温度Ｔ＞２００Ｋ，Ｖ基本上保持不变，若Ｔ＜１００Ｋ，随晶场增强，Ｖ的绝对值缓慢增大。当晶场增强到一定值时，Ｖ出现共振现象，其值显著增大并突然变号。还发现，自旋─轨道耦合强度的变化对Ｖ影响很小。当晶场或自旋─轨道耦合不存在时，Ｖ值并不趋于零，而是一有限值，这表明晶场和自旋─轨道耦合不是决定Ｆａｒａｄｎｙ旋转存在与否的关键因素。     

带整体单极子黑洞背景下纠缠熵的相变

在带整体单极子黑洞背景下,研究了热力学熵和纠缠熵的相变.结果表明,在熵-温度平面,热力学熵与纠缠熵具有完全类似的相结构.当黑洞电荷很小时,相变是一阶相变;当电荷增大到临界电荷时,相变是二阶相变.对于热力学熵和纠缠熵的一阶相变,发现麦克斯韦的等面积法则始终成立,对于热力学熵和纠缠熵的二阶相变,得到了相变点附近热容的临界指数,这一值和平均场论得到的值近似相等.     

暗能量背景下黑洞的全息相变

在暗能量背景下,研究了黑洞的热力学熵和纠缠熵的相结构.分别讨论了黑洞的电荷和暗能量态参数对黑洞相结构的影响.对于固定的暗能量态参数,当电荷的值增大时,黑洞热力学熵和纠缠熵的相结构与范德瓦尔斯相变的相结构完全类似,即黑洞先后经历一阶相变、二阶相变,最后达到稳定态.对于固定的电荷,当暗能量态参数增大时,黑洞热力学熵和纠缠熵的相结构并不完全类似.特别是,纠缠熵随暗能量态参数的变化与热力学熵的变化趋势完全相反.相同的是,当暗能量态参数增大时,在纠缠熵-温度平面和热力学熵-温度平面,黑洞都经历一阶相变和二阶相变.对于热力学熵和纠缠熵,发现在一阶相变的不稳定区域,麦克斯韦的等面积法则始终成立,在二阶相变临界点附近,热容的临界指数都是2/3.     

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.     

串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电子计数统计

在顺序隧穿极限下,基于粒子数分辨的量子主方程,研究了与铁磁电极耦合的串联耦合双量子点体系中有效自旋轨道耦合场大小和方向依赖的电子计数统计。数值结果表明,散粒噪声超泊松Fano因子的数值减小程度、散粒噪声从超泊松分布到次泊松分布的转变、刻画传输电子分布峰的偏斜度数值大小和正负均敏感地依赖于该有效自旋轨道耦合场的大小和方向。此特性可以用来定性获取有效自旋轨道耦合场的大小和方向信息。