二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体的带隙结构

首先构造了二维嵌套复式三角晶格的磁振子晶体模型,其散射体由2个相切的大小相同的铁磁材料圆柱体构成,它们按照一定晶格常数三角排列在另一种铁磁材料基底中;其次,发展了可用于数值计算研究自旋波在嵌套复式三角晶格磁振子晶体中本征性质的平面波展开法.以2个相切的铁圆柱代替原来简单三角晶格中的1个铁圆柱,再以三角点阵排列在氧化铕基底材料中构成的二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体为研究对象,通过数值计算自旋波在其中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为,并与简单三角晶格的带隙结构进行比较.结果表明,嵌套复式三角晶格的磁振子晶体可以在更低的体积填充率下产生带隙,并且能够在更高频的情况下产生较宽的带隙,从而达到带隙优化的目的,为实现自旋波的可控操作提供了一种方案.     

具有Kagome结构磁振子晶体中平带及带隙的研究

提出了一种具有Kagome结构的磁振子晶体模型，由铁(Fe)圆柱排列在氧化铕(EuO)基底中构成.利用平面波展开法，对磁振子晶体带结构做数值计算.研究发现，体积填充率一定时磁振子晶体有平带、狄拉克点和带隙出现，并且随着体积填充率的不断变化，平带的位置和数目以及带隙的位置和宽度均发生了变化.人工磁振子晶体中平带的发现完善了凝聚态物理学拓扑的研究内容，也可为局域性滤波器件的制作提供思路和理论基础.     

二维嵌套复式晶格磁振子晶体带结构的计算

基于基元替代法的思想,提出一种复式晶格结构的磁振子晶体模型,该模型用小尺寸的铁圆柱阵列替代简单正方晶格中的每个单圆柱基元,构成二维嵌套复式正方周期结构的磁振子晶体,并导出这种磁振子晶体的结构因子表达式.以氧化铕基底材料为例,通过数值计算自旋波在晶体中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为.结果表明,嵌套复式晶格磁振子晶体在体积填充率不变的情况下,产生的低频带隙比简单晶格磁振子晶体的带隙要宽,从而达到优化和调节带隙结构的目的.     

二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.     

二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的缺陷态性质

在磁振子晶体中首次引入弯曲型的线缺陷结构,利用超原胞近似下的平面波展开法,数值计算了由铁(Fe)圆柱正方排列于氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的带结构和缺陷模的磁化强度场分布,研究了磁振子晶体中弯曲线缺陷结构的缺陷态性质.     

阻尼效应对二维磁振子晶体带隙结构的影响

基于自旋密度序参量发展了含阻尼效应的磁振子晶体带结构计算的平面波展开法,采用该方法数值计算了铁/镍构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了阻尼效应对磁振子晶体带隙结构的影响问题.计算结果表明,考虑阻尼效应后,自旋波在磁振子晶体中的色散关系将出现复带结构,自旋波沿不同方向传播表现出明显的各向异性.     

二维二组元磁振子晶体薄板带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由钴(Co)方柱正方排列于坡莫合金(Py)中构成的二维二组元磁振子晶体薄板的自旋波能带结构,其中外加磁场方向平行于薄板平面.计算结果表明,自旋波的传播强烈依赖于外加磁场的方向,可分为向后体静磁体波和类Damon-Eshbach波2种情况.在所考虑的磁振子晶体薄板结构中没有完全带隙产生,但沿外磁场方向传播的向后体波有部分带隙打开.     

基于Dirichlet-to-Neumann映射方法计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点

光子晶体狄拉克点是光子晶体能带结构在布里渊区上形成具有线性色散关系的双锥形结构的交点.通常狄拉克点出现在布里渊区的边界上,近年来研究发现光子晶体狄拉克点也可以出现在布里渊区的中心处,而此时的光子晶体具有非常独特的性能,可以被制造成零折射率材料.利用Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点.固定圆柱的半径,改变圆柱介质的介电常数,通过寻找能带结构在布里渊区中心处的交点,来确定光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点.利用DtN映射方法只需在单元晶格的边界离散,使得在每一步计算中,求解的都是较小矩阵的线性特征值问题.最后数值算例验证了利用DtN映射方法来计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点是有效的.     

二维蜂窝弹性材料拓扑态的研究

将谷拓扑态的概念引入弹性材料，设计了一种二维蜂窝弹性声子晶体，当系统受反演对称性保护时，在K(K′)点处出现3个线性简并的狄拉克点，分布在不同的频段.通过调整其几何结构参数，破坏体系的空间对称性，使得在K(K′)点处的狄拉克点打开，形成能谷.这种多频段的能谷之间存在连接上、下体带的边缘态，在弹性材料中利用边缘态实现拓扑输运，可以设计出有良好性能的声学器件，具有一定的研究价值.     

一维线性函数磁振子晶体

利用平面波展开法计算了一维线性函数磁振子晶体和常规磁振子晶体自旋波的带结构.计算结果表明,函数磁振子晶体与常规磁振子晶体的带结构有明显区别,且一维线性函数磁振子晶体带隙的数目和宽度均随磁参数的变化而发生改变.因此,可以通过改变参数对一维函数磁振子晶体的带结构进行调节.     

激光对磁振子压缩态的作用

压缩态的量子起伏低于相干态相应的量子起伏．同声子和光子比较，自旋波的元激发——磁振子，也属于玻色子；在粒子数表像中，磁振子的哈密顿量在形式上与光子和声子的哈密顿量相似，因而磁振子的压缩态是可能存在的．通过测量在激光场下自旋分量的量子涨落，可以获得材料的性能参数．     

对称性对二维三角晶格光子晶体简并态的影响

本文从介质圆柱在空气中排列的二维三角晶格光子晶体出发，引入了一种复式格子二维光子晶体结构，使原三角晶格C6v的对称性降低至C2v，从而使能带简并分立，产生了一些新的带隙。采用超元胞的方法来计算能带结构，结果表明，随着两种圆柱半径比的增大，带隙结构越来越丰富。我们将由原二维三角晶格光子晶体第一条能带折叠形成的四条能带定义为超元胞第一组能带，以此类推。发现随着两种圆柱半径比的增大，第一组能带之间出现了3条带隙，总体上逐渐展宽，而第一组能带和第二组能带之间的带隙逐渐减小。最后我们还计算了绝对禁带随着两种圆柱半径比增大的变化情况，发现随着半径比的增大，绝对禁带从无到有，为我们提供了一种新的获得绝对禁带的方法。     

体积填充率对二维磁振子晶体带隙结构的影响

采用平面波展开法,数值计算了铁圆柱正方排列在氧化铕基底材料中组成的二维磁振子晶体带结构,讨论了体积填充率f对带隙结构的影响,第1带隙在f=0.6处最大.最大宽度△Ω=2.366,第2带隙在f=0.7处最大.最大宽度△Ω=7.153.所得结果与已有文献中的结果存在一定的差异,收敛性检验表明,这主要是由于该文献的数值计算结果收敛程度不够好所造成的.     

二维非对称复式磁振子晶体带隙结构

提出一种非对称结构复式磁振子晶体模型,采用两种尺寸不同的柱状铁圆柱排列在氧化铕基底中.通过对第二个铁圆柱体(B)位于基底位置的调节,打破其在以往研究中对称排列结构,使其非对称填充在基底材料中.因这种不对称构型在第一布里渊区不可约,有必要在全部第一布里渊区内对带隙结构进行计算,研究非对称结构对磁振子晶体带隙结构的影响.同时,与未填充这个铁圆柱(B)时单圆柱方晶格的带隙结构进行比较.结果表明,在非对称度越高的位置填充铁圆柱体(B)将会有越多的带隙被打开,进而达到带隙优化的目的.     

锗圆柱构造的二维光子晶体带隙结构分析

采用平面波展开法研究了由锗圆柱构成的Triangular格子、Kagome格子和Graphite格子二维光子晶体的带隙结构,发现Kagome格子和Graphite格子结构的光子晶体具有完全光子带隙,并得到了使完全带隙最大化的结构参数。数值计算结果表明,Graphite结构二维光子晶体在填充比从f=0.058到f=0.605连续变化的很大范围内都有完全带隙出现,在低能区出现了Δ=0.053(ωa/2πc)的较大带隙。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。     

利用自旋动力学研究面心立方铁磁晶体自旋波的解析解

只考虑到第三近邻自旋相互作用情况下,利用自旋动力学求解了三维面心立方体铁磁晶体磁振子谱(自旋波谱)的解析解.次近邻交换积分J2与最近邻交换积分J1的比η=J2/J1值越大,第三近邻交换积分J3与最近邻交换积分J1的比γ=J3/J1值越大,面心立方铁磁系统中磁振子能量越大,并且磁振子能谱主要被最近邻交换积分J1所决定.磁振子能量随波矢k的增加而增大,但是在BZ区的X点处的磁振子能量与η无关,这说明在X点处磁振子能量与次近邻交换积分J2无关,与最近邻交换积分J1相关和第三近邻交换积分J3相关.因此,对于三维面心立方铁磁晶体的磁激发而言,为了能够更加真实地反映其磁激发,至少得考虑到第三近邻交换积分J3.     

新型二维函数光子晶体的透射特性

用平面波展开法研究二维函数光子晶体的TE(transverse electric)波和TM(transverse magnetic)波带隙结构,并与二维传统光子晶体的带隙结构进行比较.通过给出不同介质柱介电常数的函数形式考察二维函数光子晶体带隙结构的变化.结果表明,二维函数光子晶体存在绝对带隙和半Dirac点.     

有限温度下三角绝缘铁磁体的磁振子软化

在二维绝缘铁磁系统基础上建立了一个磁振子声子的相互作用模型.利用格林函数方法研究了磁振子声子相互作用下的三角绝缘铁磁体的磁振子谱;计算了布里渊区的主要对称点线上的磁振子色散曲线;比较了纵向声子与横向声子对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响;讨论了各项参数以及温度的变化对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响.得到了如下结论:①越接近布里渊区边界,磁振子声子耦合越强,自旋劲度系数D越小,材料的德拜温度ΘD越小,在铁磁相变温度Tc以下,随温度的升高,磁振子软化越明显;②离Γ点越远,磁振子软化越明显,谱线增宽越强,磁振子能谱的振荡与磁振子声子耦合强度无关;③在Σ线(包括Γ,M点)与Z线(包括M,K点...     

拓扑绝缘体表面电子在非均匀磁场下的束缚态与能谱

计算了拓扑绝缘体表面上狄拉克电子在磁势约束下的能谱,分别就圆形和环形约束量子点给出了通过磁势垒约束狄拉克电子形成束缚态的条件.量子点半径趋于零时,狄拉克电子占据朗道能级,半径增大时出现(n,m)态和(n,-m)态的简并.环形量子点中内外半径之比小于某个临界值时,才会出现束缚态,反之,退化到朗道能级.这些束缚能级可以通过改变约束半径或磁场大小来调制,对设计拓扑保护的量子器件有重要应用.     

缺陷态二维光子晶体传播特性的研究

应用平面波展开法研究了缺陷态二维光子晶体的传播特性。根据计算得到在0.208~0.32698Hz波段的光波能在波导中很好地传播。并且分析了当圆柱半径从0.1a~0.5a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。