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．     

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。     

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。     

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.     

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。     

一维费米原子系统中的拓扑超流和Majorana费米子

通过数值求解Bogoliubov de Gennes方程,研究了具有自旋轨道耦合作用的一维费米晶格系统的性质．结果表明：在有限的自旋轨道耦合下和一定的磁场强度时,系统具有零能,此时的准粒子即为Majorana费米子．准无序效应研究表明,Majorana费米子不会被弱准无序所破坏．     

单分子中的TMR振荡

利用非平衡格林函数方法,导出了单分子中的电流公式,接着从电流公式出发,从数值上研究了TMR随系统参数的变化,发现:外加磁通、门电压、自旋-轨道相互作用系数等对单分子的TMR都有影响,并且对称性造成的内禀的自旋-轨道耦合起着重要作用,甚至能产生负TMR值,这样可以更好利用磁性隧道结,这在当前的纳米技术水平下是可以实现的.     

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.     

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。     

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。     

铁磁/半导体/铁磁异质结中电子的自旋翻转及磁电阻效应

考虑半导体中自旋轨道耦合作用的自旋翻转效应及铁磁半导体边界处的界面势垒作用,研究了自旋极化电子在准一维铁磁/半导体/铁磁(F/S/F)异质结中的输运行为.数值结果表明,随着界面势垒的增大能够实现电子自旋的翻转.随着两边铁磁体磁化方向夹角的变化,磁电阻在夹角为π处出现正负转变,而且磁电阻正负值的绝对值关于夹角π不对称,这些现象均起源于Rashba自旋轨道耦合作用而不是Dresselhaus自旋轨道耦合作用.与Dresselhaus自旋轨道耦合作用相比,Rashba自旋轨道耦合作用更能增大磁电阻效应.     

体心立方构型三层磁性体系的自旋波行为研究

为了解体心立方构型磁性薄膜的自旋波行为,在海森堡模型的框架下,构建具有4个子格体心结构的三层磁性系统,该系统内部符合亚铁磁构型。利用线性自旋波理论和推迟格林函数的方法求解系统的哈密顿量,通过谱定理计算得到自旋波谱。基于控制变量法,研究各物理参量对系统能隙和共振频率的影响。研究结果表明：层间各向异性对系统能隙和共振频率都存在相对较小的影响,而自旋量子数和交换耦合作用对系统中个别几条能隙和共振频率影响显著。研究结论为相关自旋电子器件的优化提供理论参考。     

双量子点系统单态三重态传输诱导的散粒噪声

基于有效粒子数分辨的量子主方程和全计数统计,研究了耦合双量子点系统电子输运性质,讨论了源极和漏极的极化程度、电子在量子点中的自旋交换作用对平均电流、散粒噪声的影响,给出了平均电流和散粒噪声在不同的交换耦合下随电极极化率的变化特征,分析了自旋单态和三重态在电子输运过程中对平均电流和散粒噪声的贡献,并借助于自旋阻塞引起的聚束效应解释了超泊松散粒噪声的形成。     

强耦合超导体的热力学性质

基于Nozières-Schmitt-Rink(NSR)理论的强耦合系统,研究了高温超导体从电子预配对的形成到玻色-爱因斯坦凝聚的演变过程.首次利用NSR理论,在临界温度以上的温度区域,计算了电子熵、电子比热容等热力学量及线性比热系数,并相应地描绘出了各物理量随温度的变化曲线.由比热系数随温度的变化曲线可知,在大于临界温度时比热系数已随温度的减小而减小.这就意味着,在NSR理论框架下,强耦合系统中有赝隙现象产生.通过比热系数的变化趋势确定赝隙的存在是这篇文章得到的重要结果.     

自旋轨道耦合对串联双量子点电子全计数统计特性的影响

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度处于同一量级,且两个量子点的能级失谐大于其自旋轨道耦合强度数倍(约5~10)时,对于电极自旋极化率较大的情形,在仅有单占据态到空占据态参与电子输运的偏压区域内,自旋轨道耦合效应对电流的前三阶累积矩,尤其是高阶累积矩,有一个明显的影响。特别是,通过调节两个量子点的能级失谐,可以找到一个高阶电流累积矩基本上与自旋轨道耦合强度成正比的区域。因此,可以基于电流高阶累积矩定性获取串联双量子点的自旋轨道耦合参数,为其在固态量子计算中的应用提供理论基础。     

简化密度矩阵重整化群方法对自旋阶梯的模拟

发展了简化的数值密度矩阵重化群方法，并用其对开放边界条件下反铁磁自旋阶梯模型进行模拟计算，得到好的基态能量。在不同链间交换与链内耦合强度比值下，计算了自旋能隙，拟合得到了自旋能隙对不同链间耦合强度与链内耦合强度比值的公式。     

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。     

反绝热极限下MX链晶体中的量子晶格涨落效应:费米子自旋1/2态

相转变和对称破缺电荷密度波态的稳定性等物理特性决定于ＭＸ链系统的准一维、电子跃迁、电子－声子耦合和电子－电子相互作用。为讨论费米子自旋态ＭＸ 链系统的量子晶格涨落效应,从紧束缚Ｈａｍｉｌｔｏｎｉｓｎ模型出发,在反绝热极限条件下,采用Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ近似,对ＭＸ链系统的电荷密度波序参量,绝缘相能隙,基态能量等进行了研究,并得到确定绝缘相能隙的自洽解方程。计算结果表明,在反绝热极限条件下,绝缘相能隙随电声子耦合强度的增大而增大,当电声子耦合强度达到临界值时,系统发生二聚化相变。     

"屏蔽库仑场中的电子"体系对称性的讨论

通过不考虑自旋轨道耦合的"屏蔽库仑场中的电子"体系的能级在自旋轨道耦合作用下分裂的例子,对不考虑自旋轨道耦合的"屏蔽库仑场中的电子"体系具有SO3对称性提出质疑,并运用对称性理论推证应具于高于SO3的对称性.