耗散对量子系统分布函数的影响

在文献[1]中我们计算了一个一维量子耗散系统的准几率分布函数,发现半经典近似下的准几率分布函数和相应经典系统的分布函数有着比较显著的差别。分析文献[1]中(4)式及(5)式可知,量子力学效应通过系统的耗散     

超导量子电路材料

超导量子电路由超导的电容、电感、约瑟夫森结、传输线构成,在超低温下表现出宏观量子效应.由于超导体自身的耗散极低,超导量子电路的一个重要应用研究方向是具有长相干时间的超导量子比特.超导量子电路沿用了传统集成电路的微纳米制造工艺,包含多个超导量子比特的芯片也能进行规模化加工和封装.但是,在超导量子电路的结构设计、材料制备、芯片制造、工作环境等各个环节都会引入耗散通道,限制了超导量子比特的相干性.从微观机理上分析,这其中大部分通道都与量子电路材料及表界面相关,因此从材料和工艺出发,全方位探索高质量超导量子电路的制备是进一步推进其应用的必然趋势.     

强关联量子杂质体系的精确模拟

对复杂凝聚态体系中的局域量子态的精确描述,以及对量子态在外场、环境调控下的响应与演化机制的深刻理解,对量子功能材料与器件的构筑与设计有着重要的基础性意义.然而,如何精确刻画复杂材料体系中的量子相干、关联、纠缠等特性,对理论研究而言是个传统难题.本文从全新的视角,即"开放量子体系"的角度来研究复杂凝聚态体系中的量子态.简要介绍了近年来我们基于严格的量子耗散理论发展得到的级联运动方程方法,以及该方法在实验高度关注的强关联量子杂质体系的计算模拟研究方面的应用.     

TiO2超微粒的毛细作用排列

超微粒子(UFP)的介观特性突出表现为量子限域的性质,其最基本的原因在于“尺寸效应”和“表面效应”。当粒子尺寸减小到可与电子的de Broglie波长(约12nm)相比拟或比其更小时,UFP成为所谓的量子点。从量子理论的基本原理出发,依据理想的量子点模型进行加工,可构造出新一代的量子电子器件。出于与理论模型设计进行相互验证,以及实际制作新型器件的需要,研究者们希望能将这些量子点进一步形成为一维或二维的量子点规则排列,成为某种超结构。     

半导体超晶格与量子微结构研究30年

半导体超晶格与量子阱系指对电子具有一维量子限制作用的多层超薄异质结人工材料,量子微结构泛指对电子具有二维和三维量子约束性质的量子线与量子点介观系统.这类低维体系的研究是近30年来半导体科学技术中,尤其是半导体物理学领域内一个发展最迅速的活跃前沿.它的研究兴起,不仅对信息科学技术,而且对低维物理、材料科学以及纳米技术的发展,正在产生着革命牲的影响.本文着重回顾与评述了30年来半导体超晶格与量子微结构在材料生长工艺、体系维度变化、物理效应产生以及新型器件应用等方面所取得的一系列重大进展,并对其在21世纪的发展作了初步展望.     

对话诺贝尔物理学奖得主Anthony J.Leggett教授

正Anthony J.Leggett博士,美国科学院院士,美国伊利诺斯大学香槟分校和上海交通大学物理学教授,主要从事超导超流体领域的研究,因其在超流体方面的开创性工作获得2003年诺贝尔物理学奖.Leggett教授是国际学术界公认的量子物理学领袖,领导了宏观耗散系统的量子物理研究方向,倡导使用凝聚态系统来验证量子力学的基石,关注使用约瑟夫森器件等特殊的凝聚态物质系统来研究量子理论体系外推到宏观层次的可行性.     

《辐射和光场的量子统计理论》

本书内容大致分为两部分：一是有关光场和电子场（相对论性）的量子化，光子的基本性质（如自旋、宇称、动量和角动量、能量等），狄拉克方程的物理内涵和正反电子对的概念，量子电动力学的基本方程组，洛伦兹条件问题，散射算符和费曼图，原子对光子的吸收，电多极辐射和磁多极辐射，原子在强光下的拉比振荡，共振荧光等；二是光场的相干态和挤压相干态，光场的量子统计描述，光学测量与光场的相关函数，原子和光场与库的作用，耗散与涨落的量子统计理论（主方程和量子朗之万方程），激光的量子理论等．     

一维纳米金刚石的制备、性质及应用

一维金刚石纳米材料除了具有金刚石固有的物理化学性质以外,其形貌及尺寸的改变也使其拥有一些块体金刚石所没有的特性.如既硬又弹的力学性能、高的比表面积、尖端效应,以及通过掺杂和空位缺陷实现的独特性能等.近年来,一维纳米金刚石材料优异的性能让研究者产生了浓厚的兴趣,并促进了其合成方法及应用的发展.本文对一维纳米金刚石的制备方法进行了简要总结,介绍了一维纳米金刚石阵列在量子信息器件、药物传输、化学与生物传感器、高性能电极、分析传感器等诸多领域近期的研究进展,并讨论了一维纳米金刚石应用所面临的技术挑战和未来的研究方向.     

介观耦合电路的量子压缩效应

随着纳米技术和纳米电子学的飞速发展,电路以及器件小型化的势头越来越强烈,近年来已达到原子尺寸的量级.显然,当电子的输运尺度达到一个特征尺度,即电子的非弹性碰撞尺度时,必须考虑其量子力学性质及电荷的非连续性质.因此,在纳米电子学中对电路及器件建立一个正确的量子理论已经是十分迫切的任务了.当然,最为简单然而又是十分重要的工作是将LC电路量子化,这一工作可以通过与经典简谐振子量子化的方法做类比而得以完成,其中谐振子的坐标相当于电路中的电荷.最近,我们提出了一个考虑电荷量子效应的介观电路量子化的方法,讨论了有耗散的介观电路的量子涨落.本文给出了无耗散介观耦合电路中各个回路的电荷、电流的量子涨落,发现这些电流与电荷的量子涨落之间存在着压缩效应对于一个经典的无耗散的并且其中一个回路中有电源ε(t),电感电容组成的电容耦合电路(电感耦合电路也可以等效成电容耦合电路).按照Kirchhoff定律,可以写出其运动方程为L_1(d~2q_1)/dt~2+q_1/C_1+q_1/C_2-q_2/C_2=ε(t),L_2(d~2q_2)/dt~2+q_2/C_2-q_1/C_2=0 (1)其中q_1(t)和q_2(t)是两个LC型电路中的电荷;L_1,C_1和L_2,C_2是两个回路中的电感和电容,C是这两个回路的耦合电容.如果ε(t)=0,可以把该运动方程写成简单的Hamilton形式     

Si/SiO_2异质界面的超精细硅量子线

作为半导体科学技术研究前沿领域的硅低维量子结构,它无论在低维物理基础研究,还是在技术应用上,都具有十分重要的意义.硅量子线作为纳米电子学的基础,将发展实现特大规模集成电路和开拓新一代硅量子效应的器件;同时,这种人工设计的一维微结构材料的能带结构不同于天然硅材料,可望获得高的发光效率,用于发展硅基集成光电子技术.国际上采用先进的材料生长手段和各种亚微米级以至纳米级的超微细     

有机小分子纳米线光波导及激光器研究新进展

在过去的十几年间,一维纳米材料尤其是纳米线引起了人们广泛的研究兴趣.纳米线独特的二维量子限域效应使得它们在诸如逻辑门、光检测、化学传感等领域有着广阔的应用前景.很多纳米材料与周围环境之间折光率的差异构成一个很好的亚波长尺度的谐振腔,因此过去几年间     

拓扑超导与马约拉纳费米子

拓扑超导体是由具有配对能隙的体态以及由马约拉纳(Majorana)费米子所组成的无能隙表面态所构成的,其中马约拉纳费米子的反粒子就是它自身.马约拉纳费米子态是研究非阿贝尔统计的理想平台,能构成容错型拓扑量子计算的拓扑量子比特,具有丰富的物理意义和巨大的潜在应用价值.因此,近年来拓扑超导体和马约拉纳费米子的研究在凝聚态物理领域吸引了许多关注.本文综述了在凝聚态物理领域内实现拓扑超导的不同方法,从零维到一维马约拉纳费米子态,即马约拉纳费米子束缚态到马约拉纳费米子边缘态,进行综合的阐述.这些马约拉纳费米子态分别是局域化的和传播的量子态,但仍保持着非阿贝尔统计规律和拓扑特性.对不同的材料系统,从一维的量子线到二维的材料平台,从混合系统到本征材料系统,都会进行详细的介绍和讨论.最后还总结了证明拓扑超导体的可能存在性的相关理论和实验结果,并展望实现拓扑量子计算的前景和手段.     

硅纳米线的反常Raman 光谱现象

对一维硅纳米线测量了用不同波长激光激发遥Ｒａｍａｎ光谱,发现了Ｒａｍａｎ光谱特征随入射光波长改变的“反常”现象,基于量子限制效应通过分析样品的晶体和Ｒａｍａｎ光谱的变化特征认为这一“反常”现象是Ｒａｍａｎ光谱共振选择效应的反映。     

量子光学中的混沌

人们也许认为,“无法预言”、“不可再现”之类的性质在自然科学中是没有地位的,然而它们却正是所谓“决定论混沌”的特征。自从混沌被系统研究以来,人们对混沌的了解日益深刻、日趋广泛。混沌也频繁出现在量子光学中,大多数正如耗散系统的经典混沌一样。然而本文将要谈到的量子混沌     

Landau-Lifshitz方程中的H-变换与代数结构

近年来,人们对于经典的和量子的海森堡铁磁模型的研究有越来越大的兴趣。由于反散射方法的发展和应用实例的增多,不断出现新的结果。例如证明了一维Landau-Lifshitz方程(以下简称为LLE)同非线性薛定谔方程的等价性,反散射方法对LLE的应用,经典的海森堡链的各种解的讨论等等。静态海森堡模型与Ernst方程的联系以及轴对称静态引力     

界面分子组装与表面图案化

表面图案化是指在至少一维的方向上生成纳米级的规则表面结构. 它在超分子科学、材料科学, 微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值[1]. 表面图案化主要用于表面性质的调控. 微观尺度的表面结构可以用来控制黏附、摩擦及浸润等材料表面性质, 该性质与分子间相互作用和表面拓扑结构密切相关. 选择性吸附和表面特异性识别更是要求控制表面的各向异性性质. 在微电子领域, 人们已经开始探讨图案化表面材料用作高密度磁性存储介质的可能性. 量子点阵激光、量子级联激光和单电子二极管的出现也从根本上改变了传统器件的基本概念.…     

(火积)理论及其应用的进展

(火积)和(火积)耗散极值原理的提出,为传热优化开辟了新的方向.回顾了(火积)理论的产生与发展过程,从导热、对流换热、辐射传热、换热器设计、传质等方面介绍了(火积)理论的研究进展.重点围绕(火积)耗散率与熵产率的异同点比较分析、(火积)耗散极值原理与有限时间热力学相结合、(火积)耗散极值原理与导热构形优化相结合、(火积)耗散极值原理与对流构形优化相结合等四个方面,阐述了(火积)耗散极值原理的科学性.     

基于有限测量信息估算未知量子态的相干度

正量子相干即量子叠加性是量子力学最本质的特征,也是进行量子计算、量子密钥分发、量子精密测量等量子信息过程的重要资源~([1]).多粒子体系中的量子纠缠被认为是一种特殊形式的量子相干~([2]).在量子信息与热力学~([3])、量子信息与生物学~([4])等的交叉研究领域中,量子相干也与多种微观机制存在紧密联系,因此量子相干在理论和实际应用中都具有重要的研究价值.量子相干的起源可追溯至200多年前的光学干涉及衍射实验,量子相干概念的正式提出至今也已有100多年的     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构量子受限Stark效应的实验研究

半导体量子阱超晶格作为一种新型的人工剪裁结构受到人们的普遍重视.该结构的特点之一就是可以利用在外电场调制作用下光学性质的变化来实现其在光电子学方面的应用,量子受限Stark效应(Quantum confined stark effect,简称QCSE)就是一个例子,它是指在外加垂直电场的作用下,跃迁能级能量的变化,这种能量的变化称为Stark位移.其不仅存在于半导体量子阱的带间跃迁中,同时也存在于子带间跃迁中.在包络函数近似下,利用求解一维Schr(?)dinger方程,研究了GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构中的Stark位移,通过微扰理论计算指出在一定的结构设计下,Stark位移量可以达到方形量子阱结构的两倍.根据理论计算,考虑到生长条件的具体限制,在半绝缘GaAs衬底上外延生长了样品.1μm GaAs缓冲层之上是50 nm的AlAs剥离层,然后是300 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As层,接下来为50周期的阶梯量子阱结构.每个结构单元由 2 nm的 GaAs,8 nm的Al_(0.15)Ga_(0.85)As和4 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As构成.在阶梯量子阱结构之后是200 nm的 Al_(0.3)Ga_(0.7)AS和