自旋轨道角动量耦合的超流费米气体

近年来,自旋轨道耦合的原子气体研究取得了许多重要的进展,其中一种新近实现的新类型自旋轨道耦合-自旋轨道角动量耦合由于其独特性质吸引了人们的兴趣。本文以费米气体为例,介绍自旋轨道角动量耦合的实现和特点,以及对单粒子谱特别是对费米超流的重要影响。结合平均场解析方法和数值模拟,分析了自旋轨道角动量耦合诱导的有限角动量配对和由此导致的不同类型的超流涡旋基态,并进一步讨论了相关的进展和未来可能的发展方向。

费米速度调制下石墨烯正常/铁磁/正常异质结电子输运

空间速度控制石墨烯电子传输波已被提出,基于此,我们提出了一个石墨烯正常/铁磁/正常异质结,通过铁磁体沉积石墨烯层的近邻效应诱导的交换场,探讨基于空间速度调制控制的石墨烯异质结依赖于自旋的电子输运行为。研究结果发现:不同自旋的电子透射系数和传导系数明显依赖于费米速度和交换场,呈现出近似周期振荡特性。自旋反平行于交换场的传导系数明显高于自旋平行于交换场的传导系数,从而导致自旋极化的产生,自旋极化率可高达约−60%。这开启一种全新的依赖于自旋的电子器件的可能性。

量子点耦合强度对手性Majorana费米子共振交换的调制

本文研究了外部量子点耦合作用下,量子点耦合两个手性Majorana费米子体系的共振交换.为了观察两个手性Majorana费米子的共振交换,提出了一种基于量子反常霍尔绝缘体(QAHI)近邻耦合s波超导体的电路.数值计算的结果表明,通过外部量子点耦合强度可以调节手性Majorana费米子的共振透射.如果经历了共振隧穿的一个手性Majorana费米子与另一个量子点或Majorana零能模发生共振耦合,则可以实现与超导相位无关的非阿贝尔编织操作.因此所设计方案为Majorana费米子的非阿贝尔编织操作提供一种新的方式,这些发现可能在拓扑量子计算的实现中具有潜在的应用价值.

一维自旋轨道耦合费米气体的研究进展

在超冷费米气体中,通过调节自旋轨道耦合的强度,使其与费米能量相当,可以产生许多新奇的量子效应。在过去几十年里,学者对于一维自旋轨道耦合诱导的费米气体进行了大量的理论和实验研究。与高维自旋轨道耦合相比,一维自旋轨道耦合虽然显得比较简单,但它是实验上探索基本量子物理现象的最可靠和最易行的工具。本文系统地整理了理论工作中一维自旋轨道耦合下费米气体的有趣物理现象。包括动力学振荡和孤子效应、拓扑超流、Majorana边缘态、铁磁相变和量子相位方面的理论研究。在实验中,如何实现自旋轨道耦合并且观测奇异现象,是研究的热点和难点问题。我们梳理了几种常见的实验方案和检测方法,最后对一维自旋轨道耦合诱导下费米气体方面的研究进行展望。一维自旋轨道耦合可以为初学者提供借鉴,有助于研究自旋轨道耦合调控的多体系统。本文期望为冷原子物理初学者深入理解自旋轨道耦合下多体系统的物理机制提供参考。

索末菲展开对二维电子气体费米能级求解的有效性分析

索末菲展开是固体物理学中讨论自由电子气体性质的重要方法,二维电子气体是金属自由电子气体的一个特例,目前受到了科研工作者的广泛关注.利用严格求解和索末菲展开近似求解两种不同方法对二维电子气体的费米能级进行了计算,同时对两种方法进行比对.分析发现,如果气体温度较低,索末菲展开近似引起的误差较小,阐述了索末菲展开方法的有效性和使用条件.该研究将对学生深入理解固体物理学中相关知识内容有所帮助.

一维接触排斥相互作用单自旋翻转费米气体的基态和淬火动力学性质

基于严格解方法,研究了一维排斥相互作用单自旋翻转费米气体的基态和淬火动力学性质.借助Bethe波函数,基态和不同本征态之间的单体关联函数和两体关联函数可以表示为简单函数之和,这一简洁形式可以极大地降低计算难度.系统初始状态为无相互作用的基态,当迅速把相互作用强度调节为有限大时,动量分布和关联函数出现周期性的振荡行为;当相互作用调节为比较弱时,振荡周期性好且振荡幅度小,系统可以用二能级模型近似;当相互作用调为非常强时,振荡周期性变差且振荡幅度大,但是依然存在主周期.此时整体偏离初态较远,但是在时间为mL^(2)/(2πh)时系统非常接近初态.

球对称时空中的费米子壳层

该文运用统计力学方法研究了内表面位于施瓦西黑洞视界附近的具有普朗克长度的费米子壳层的热力学性质.根据费米子巨配分函数的定义式,通过对协变相空间体积的计算,得到了费米子的巨配分函数的具体表达式,由此在弯曲时空中发现了在非零温度下费米子会出现凝聚现象.通过分析Schwarzschild黑洞视界附近费米子气体的熵发现,它表现出类似于Bekenstein-Hawking熵的面积依赖性.当把这些推向D+1维球对称静态时空时,以上结论仍然成立.这些结果为黑洞热力学的研究提供了新的视角.

固体物理吸收与发射教学中费米黄金定则的应用

费米黄金定则是描述一个系统波函数由一个特征态变换为另一个特征态概率的理论,该理论可以很好地阐述固体发光材料的吸收和发射.然而费米黄金定则的推导过程比较复杂,学生对推导的结果不理解,这会影响后续的教学进度和整体的教学质量.本文回顾了费米黄金定则的推导过程,并基于该定则,推导出施主-受主系统电偶极子间的能量传递速率,证实电偶极子间的能量传递跟介电常数的平方和距离的六次方呈反比,该结果为调节电偶极子间的能量传递速率提供了理论依据.此外,根据费米黄金定则,建立了离子偶极子-原子偶极子能量传递模型,推导了发光中心离子偶极子-表面分子原子偶极子能量传递速率,阐明了发光中心激发态能量耗散机制,提出了增强发光中心发射效率的有效措施.这些应用举例能让学生更深入地理解费米黄金定则的物理意义.

费米动量对中能重离子碰撞椭圆流的影响

椭圆流(v_2)是利用重离子碰撞探究核物质性质最重要的观测量之一,它的大小除了受到动力学过程的影响外,还与初态核子的费米动量有关。基于极端相对论量子分子动力学(Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics,UrQMD)模型,通过反向追踪反应末态处在中心快度区(|y0|<0.1)的核子的v_2随时间的演化过程。探究初始时无费米动量、有费米动量和有一半费米动量对v_2演化的影响。以束流能量为0.4A GeV和0.8A GeV、碰撞参数为6 fm的金与金(Au+Au)碰撞为例,计算结果表明有费米动量时中心快度区的核子数远多于无费米动量的情况,这是由于不考虑费米动量时,核子-核子碰撞数目减少而导致。而v_2却表现出相反的效应,不考虑费米动量时的v_2更大,因为旁观核子有更强的阻止效应。这表明核子动量的初始化需要在输运模型中细致考虑。

吡啶非谐振耦合(费米共振)的二维相关拉曼光谱研究

费米共振(FR)是一种广泛存在于分子内和分子间的分子振动耦合和能量转移现象。研究了吡啶与乙醇混合溶液中的吡啶分子内费米共振效应(ν1~ν_(12),ν_(1)+ν_(6)~ν_(8)),发现了吡啶乙醇存在分子间氢键(O—H…N),通过费米共振参数变化和二维相关拉曼光谱(2DCRS)揭示了吡啶乙醇溶液相互作用机理。ν_(1)~ν_(12),ν_(1)+ν_(6)~ν_(8)通过非谐相互作用引起能量转移,从而导致费米共振参数的变化。2DCRS可以提供更多费米共振信息,阐明了费米双峰的相互作用机制。

任意空间维倾斜狄拉克费米子的带内纵向光电导的推导

狄拉克费米子是当前凝聚态物理中的研究热点.狄拉克费米子的纵向光电导,因其能够提取能带结构信息而被广泛关注.本文基于低能有效模型与线性响应理论,利用生成函数方法,解析地处理零温下任意空间维、任意倾斜相的狄拉克费米子的带内纵向光电导.特别地,我们讨论了二维和三维空间情况,并揭示了不同维度的倾斜类型对带内纵向光电导的影响.文中发展的生成函数方法有望用于其他相关问题的研究.

学生解决费米问题和数学建模问题的认知差异研究

研究学生解决费米问题和数学建模问题过程中的认知差异及原因,是探讨将费米问题引入数学建模教学可行性的基础.解决费米问题与数学建模问题,学生都需要基于现实情境假设并构建模型,但是由于问题结构不同,学生在解决两类问题时存在一些认知差异:在知觉启动环节,学生能迅速整体感知数学建模问题,但难以立即提取费米问题的相关信息;在现实问题表征环节,学生更容易错误理解费米问题的信息.如果知识图式不够丰富,学生表征数学建模问题时就可能会遇到困难,但能顺利表征费米问题.受“基于问题结构”的思维定势影响,学生会倾向于过度简化假设费米问题,而对数学建模问题的假设相对较合理.

用旋转引力场分辨中微子的费米子类型

在前人关于Majorana费米子和Dirac费米子在Schwarzschild时空中的散射和挠率对这两种费米子散射影响研究的基础上,在引力的弱场近似和引力场对费米子散射的微扰论的最低阶近似下,仿照挠率的分解,将自旋联络分解为在宇称变换下类似矢量的部分和类似轴矢量的部分;分别分析了这两部分对两种费米子的散射矩阵元的影响,发现一般的引力场对两种费米子的量子散射矩阵元存在差别,并且差别来自类似矢量的部分;之后,在Kerr引力场背景下,对上述发现进行了验证,发现两种费米子的散射矩阵元的差别与引力源的质量和角动量有关,并且当角动量为0时,会退化为Schwarzschild时空中的情况.

一维强相互作用的玻色-费米混合气体关联特性研究

详细分析了一维强相互作用的玻色-费米混合气体的空间关联特性,重点讨论了在绝对零度和有限低温下处于Tonks-Girardeau原子气区域的玻色-费米混合量子气体的两体空间关联函数,并将复杂难算的多体波函数的空间关联函数转化为容易计算的矩阵行列式。研究结果表明,绝对零度下对于固定数目的玻色子(费米子),费米子(玻色子)的数目对玻色子(费米子)空间关联函数图样影响不大;而有限温度下,费米子(玻色子)的数目对玻色子(费米子)空间关联函数影响较大,且随着温度的提升,另一种粒子的数目对关联结果的影响也更显著。此外,当总粒子数目一定时,无论是在绝对零度还是有限低温下,相同数目的玻色子和费米子的关联结果一致。

编内费米子反物质和"编外"玻色子反物质对称性的讨论

对夸克、轻子等费米子和"编外"具有反夸克性质、反轻子性质的玻色子间的对称性作了讨论;讨论了反夸克、反轻子与"编外"玻色子中反夸克、反轻子间的对称规律,并对编内反重子及"编外"玻色子构成的反重子的不同性质进行了比较,分析了它们之间规律性的异同.

费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布的简单推导

给出一种用初级数学手段导出费米－狄拉克分布和玻色－爱因斯坦分布的 方法．

费米-狄拉克分布的实验验证

通过理论推导 ,用理想二极管外加磁场的方法 ,验证了真空中热电子发射的电子动能分布也符合费米 -狄拉克分布 .使量子统计学中的费米 -狄拉克分布得到了推广 .经过适当的数据处理 。

理想费米气体的热力学性质

用量子统计的方法讨论了理想费米气体的热力学性质,指出了费米气体在高温时趋于经典极限,在低温时以一个有限的费米球存在。

费米子^40K和玻色子^87Rb的磁光冷却与俘获

本文对费米子^40K和玻色子^87Rb的磁光冷却与俘获进行了实验研究，这是实现量子简并费米气体^40K实验研究的第一步。实验中的激光系统采用三台外腔光栅反馈半导体激光器（ECDL）、四台注入锁尊从鬯光器和一台半导体激光放大器（TA）组成，通过声光调制器（AOM）进行频率设置，可以同时产生冷却^40K和^87Rb原子的冷却光和再抽运光。实验中的。^87Rb原子源由密封在真空系统中的铷泡提供；^40K原子源是一个自制的金属释放剂，由高纯度的金属钙和^40K丰度较高的氯化钾在真空环境下发生置换反应释放出钾原子。

费米气体的Joule-Thomson效应

应用热力学理论以及费米积分的特性 ,导出理想费米气体焦汤系数的解析表达式 ,详细讨论了低温下费米气体的定压热容和焦汤系数 ,并阐明了费米气体的量子本性对焦汤效应的影响 .结果表明理想费米气体的焦汤效应为负效应 .