An Accurate and Universal HEOM Approach to Strongly Correlated Quantum Impurity Systems

A hierarchical equations of motion(HEOM)approach is developed for general open quantum systems coupled to fermionic environment.The HEOM method is in principle formally exact,as it resolves nonperturbatively the combined effects of many-body interaction,system-bath dissipation,and non-Markovian memory.In practice,the HEOM approach is highly accurate and efficient for the characterization of strongly correlated quantum impurity sys-     

抛物型量子点的非线性光学整流研究

在紧凑密度矩阵方法和迭代法的框架下,从理论上研究了抛物型量子点（QDs）在不同的量子点半径、宽度以及外加电场和磁场下光学整流（OR）系数。在有效质量近似下,计算了量子点中电子的受限波函数和能量。给出了典型GaAs/AlGaAs抛物型量子点的数值结果。通过研究发现,非线性光学整流系数受到量子点的宽度、半径以及电场和磁场的强烈影响。在考虑电场和磁场的影响时,峰值向高能量方向移动。     

四个量子点热电输运性质的研究

采用非平衡格林函数的方法来求解量子输运问题。考虑一个由四个单能级量子点和AB环组成的系统,研究该系统的热电特性。在这样的一个量子点系统中,通过调节量子点之间的能量间距、量子点间的耦合系数和系统的温度来研究该系统的热电特性。     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应(二)

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数(Chern number),另外,该能带的带宽很窄,且与其他能带间有较大能隙.通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子晶格体系的系统数值研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应.新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数来描述.这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应.该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注.对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行了综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣.     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应（一）

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数（Chernnumber）,而且该能带的带宽很窄,同时与其他能带间有较大能隙．最近通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子品格体系的系统数值进行研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应．新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数描述．这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应．该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注．对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣．     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

Quantum information and many body physics with cold atoms

We review our recent theoretical advances in quantum information and many body physics with cold atoms in various external potential, such as harmonic potential, kagome optical lattice, triangular optical lattice, and honeycomb lattice. The many body physics of cold atom in harmonic potential is investigated in the frame of mean-field Gross-Pitaevskii equation. Then the quantum phase transition and strongly correlated effect of cold atoms in triangular optical lattice, and the interacting Dirac fermions on honeycomb lattice, are investigated by using cluster dynamical mean-field theory and continuous time quantum Monte Carlo method. We also study the quantum spin Hall effect in the kagome optical lattice.     

圆柱形量子线中的极化子效应

分别采用LLP变分方法和微扰方法研究了圆柱形自由量子线的极化子效应，在计算中考虑了类体纵光学声子模及表面声子模的贡献．结果显示表面声子模在量子线半径较小时产生强烈的极化子效应，而类体模的贡献则随量子线半径的增加速渐趋于三维体材料的结果．分析还发现，对于量子线、量子点等强受限体系，微扰方法得到的结果较量量变分方法的结果合理。     

不相干算子和强不相干算子的刻画

用算子代数和矩阵论的方法研究不相干量子运算和严格不相干量子运算所对应的kraus算子分解. 首先, 给出有界线性算子是不相干算子的等价条件及不相干算子的具体形式, 并给出用不相干算子刻画不相干量子运算的方法; 其次, 给出强不相干算子的具体形式及用强不相干算子刻画严格不相干量子运算的方法, 并给出严格不相干量子运算与不相干量子运算的关系.     

半抛物量子阱中二阶非线性光学性质的研究

本文对外加电场作用下GaAs/AlGaAs半抛物量子阱非线性光整流和二次谐波极化率进行了研究.首先,本文运用密度矩阵和迭代的方法获得外加电场作用半抛物量子阱系统光整流和二次谐波极化率的表达式.同时,采用有限差分法求得多外加电场作用下该系统的能级和波函数,避免了精确求解过程中的多重不恰当近似.结果表明:1)有限差分法计算结果相当精确;2)外加电场和受限势频率与系统能级、受限势形状、以及光整流和二次谐波极化率有着密切的关系,同时,可以通过外加电场和受限势频率实现对该系统光整流和二次谐波极化率的有效调控.将为基于子带跃迁的光电子器件的制备提供理论基础.     

不相干算子和强不相干算子的刻画

用算子代数和矩阵论的方法研究不相干量子运算和严格不相干量子运算所对应的kraus算子分解. 首先, 给出有界线性算子是不相干算子的等价条件及不相干算子的具体形式, 并给出用不相干算子刻画不相干量子运算的方法; 其次, 给出强不相干算子的具体形式及用强不相干算子刻画严格不相干量子运算的方法, 并给出严格不相干量子运算与不相干量子运算的关系.     

有限深量子阱中极化子束缚能

本文用改进的Ｌｅｅ－Ｌｏｗ－Ｐｉｎｅｓ变分法研究了界面光学声子，局域体光学声子以及半无限体光学声子对有限深量子阱中极化子束能的影响，得到了电子束缚态能量和极化子束缚能的解析表达式。     

受多体效应影响的平行双量子点结构中的自旋输运

采用非平衡态格林函数方法,研究了一个三电极的平行双量子点结构中由局域Rashba型自旋轨道耦合诱导的自旋极化的电子输运.结果发现,当电子从"源"电极经量子点区到两个"漏"电极时,它能根据自身的自旋态选择终端,即自旋极化和自旋分离可在这一结构同时实现.同时发现,量子点内的库仑相互作用对该体系的自旋输运性质有重要影响,其中有额外电极与之耦合的量子点中的库仑相互作用的强度对自旋输运起主要调节作用.     

GaN/Al_xGa_(1-x)N量子点中类氢杂质位置对激子态的影响

利用有效质量方法和变分原理,考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应,研究类氢杂质对GaN/AlxGa1-xN量子点中激子态的影响.结果表明:量子点中心的类氢杂质使激子的结合能升高,基态能降低,QD系统的稳定性增强,发光波长红移.杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,结合能最大,系统最稳定.随着杂质从量子点的上界面沿着Z轴移至下界面,激子基态能增大,结合能减小,带间发光蓝移.     

基于弱测量和量子反弱测量的三能级量子系统稳定研究

利用弱测量和量子反弱测量方法研究了一个V-型三能级量子系统处在振幅耗散退相干环境作用下的问题.得到了相应的最优化条件、保真度以及成功率解析表达式.通过数值模拟,发现到当弱测量和量子反弱测量强度在满足一定条件下,该退相干的三能级量子系统能有效稳定.     

三终端量子点环中的自旋极化输运

利用非平衡态格林函数方法,研究了一个存在局域Rashba自旋轨道耦合作用的三电极量子点环结构中的电子输运性质.结果发现,Rashba自旋轨道耦合作用引起的自旋相关的量子干涉效应能够在电极中产生自旋流.这种自旋流的大小、方向以及自旋极化度等性质可以通过纯电学手段改变系统参数来加以调控.在适当选择这些参数时,电极中甚至可以产生完全自旋极化流或纯自旋流.这些效应说明我们所研究的系统可用来设计纯电学的自旋流产生装置.     

基于量子算法的MIMO-OFDM信号检测研究

信号的最优检测在常规条件下是-NP难解问题,针对RBF(径向基函数)神经网络算法易陷入局部极值和简单遗传算法收敛速度慢的问题,文中提出了新型的量子智能算法,并应用于MIMO-OFDM系统信号检测中:算法将遗传算法与神经网络相结合,用遗传算法优化神经网络初始值,在遗传算法优化神经网络时采用量子计算操作.由于QGA(量子遗...     

抛物量子阱中的极化子能量

研究了抛物量子阱中电子－声子相互作用对极化子能量的影响,用改进的变分法计算系统中极化子基态和激发态能量以及基态到第一激发态的跃迁能量,并给出抛物量子阱ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ中的数值结果,研究发现,在较宽的量子阱中,电子－声子相互作用对极子能量的影响很明显。因此,讨论了极化子能量时不能忽略电子－声子相互作用。     

量子阱内磁极化子自陷能的温度关系

采用推广的Larsen微扰理论,在有限温度情况下,对量子阱内的电子体LO声子耦合系统进行研究,得到了磁极化子自陷能的解析表达式,并以GaAs量子阱为例,进行数值计算.结果表明,磁极化子自陷能随阱宽的增大而增大;随温度的变化受磁场的影响特别显著,“低磁场”时,磁极化子自陷能随温度升高而变大;“高磁场”时,却随温度的升高而变小