非线性相互作用引起的双模Dicke模型的新奇量子相变

量子相变是量子光学和凝聚态物理领域的一个重要课题.本文在标准双模Dicke模型的基础上引入原子-光的非线性相互作用,研究其所引起的量子相变.利用自旋相干态变分法从理论上给出有两个参量的基态能量泛函.两模光场采用四种不同的比例关系进行研究,并且在实验参数下,通过可调的原子-光的非线性相互作用参量,给出了宏观多粒子量子态的丰富结构.本文主要呈现了在蓝失谐和红失谐下,双稳的正常相、共存的正常-超辐射相和原子数反转态等丰富的基态特性.原子-光的非线性相互作用在蓝失谐可以引起标准的双模Dicke模型的正常相到超辐射相的二级量子相变.在红失谐时引起新奇的基态特性,新奇的量子相变,即反转的超辐射相到反转的正常相的二级逆量子相变.原子-光的非线性相互作用和两模光场比例不同时,对量子相变的相边界和基态物理量的值有较大影响.

双模光机械腔中冷原子的量子相变和超辐射相塌缩

在双模Dicke模型的基础上,研究了光场(模式1)与机械振子有非线性耦合的双模光机械腔中冷原子的量子相变.利用自旋相干态及变分法得到了系统基态能量的泛函.通过求解和判定稳定性,得到了相变点和基态相图.发现存在正常相和反转正常相的双稳态,超辐射相和反转正常相的共存态,以及单独存在的反转正常相.原子与两模光场相互作用强度的不同对相变点的值有较大影响,存在正常相经过相变点到超辐射相的量子相变.光-声子非线性耦合对相变点没有影响,但诱导了超辐射相的塌缩,存在一个转折点,经过转折点可以实现超辐射相到反转的正常相的量子相变.超辐射相的区域随着光子-声子耦合的增加而减小,在耦合的临界值处收缩为零,即转折点和相变点重合,并且有可能出现两个正常相之间的原子布居数的反转;光-声子的非线性耦合还产生了不稳定的非零光子态,它与超辐射态相对应.在不含机械振子时,回到双模Dicke模型的结果.

基于深度学习的两分量BEC中量子相变点的识别

识别物质的相变是物理学研究中一个重要问题.本文采用了一种混淆标签方案的卷积神经网络算法来识别两分量玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)中量子相变点,通过计算神经网络输出的准确率,得到W型性能曲线,此性能曲线中间的极大值对应着量子相变的临界点.研究结果表明,深度学习得到的量子相变点与解析计算值吻合度较高.此混淆标签方案的深度学习研究方法可以应用到存在两种相的相变体系.

交叉线性极化光学腔中超冷玻色气体的量子相变

构造两个高品质线性极化光学腔同自旋玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate,BEC)耦合的理论模型,原子通过原子极化率的矢量部分和标量部分分别同两腔进行耦合。在低能极限下,基于朗道相变理论,对该模型潜在的量子相变进行了预测。随着泵浦光场强度以及单原子自旋同腔1电场夹角的改变,系统将在正常相、单腔超辐射相和双腔混合超辐射相之间转变。

量子相变和量子临界现象

本文综述凝聚态物理学中的量子相变和量子临界现象,首先考察了相变中存在量子效应的可能性,通过横磁场Ising模型介绍了量子相变的基本特征;接下来对照热临界现象,引入了量子标度和量子重正化的基本概念和操作方式;然后利用量子临界现象的方案,分析了密度驱动、无序驱动和关联驱动的金属-绝缘体相变;继续利用量子临界性的概念探讨如重电子化合物、铜氧化物和巡游铁磁体这类复杂的相互作用多粒子系统;最后选择量子点、碳纳米管和单层石墨为例,介绍了量子临界性在低维和纳米系统研究中的作用。

核形状量子相变与微观sdIBM-■_(max)的势能曲面

通过用两种激发模式对原子核复杂能谱的良好再现,揭示出对激发模式相变的一种新理解:由于退激发解除了原有激发模式基准态结构及其在能量上的优势,高有序基准态释放结构能,同时引发低能激发模式基准态结构的重构,实现了新旧激发模式基准态的过渡。这种以改变价核子间耦合强度方式实现的基准态过渡,是转动驱动量子相变的动力学基础,从微观上看比较温和。本工作结果得到Bohr集体模型势能曲面理论的支持,两者相得益彰。

含有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的自旋1键交替海森伯模型的量子相变和拓扑序标度

利用张量网络表示的无限矩阵乘积态算法研究了含有Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用的键交替海森伯模型的量子相变和临界标度行为.基于矩阵乘积态的基态波函数计算了系统的量子纠缠熵及非局域拓扑序.数据表明,随着键交替强度变化,系统从拓扑有序的Haldane相转变为局域有序的二聚化相.同时DM相互作用抑制了系统的二聚化,并最终打破系统的完全二聚化.另外,通过对相变点附近二聚化序的一阶导数和长程弦序的数值拟合,分别得到了此模型相变的特征临界指数a和b的值.结果表明,随着DM相互作用强度的增强, a逐渐减小,同时b逐渐增大. DM相互作用强度影响着此模型的临界行为.针对此模型的临界性质的研究,揭示了量子自旋相互作用的彼此竞争机制,对今后研究含有DM相互作用的自旋多体系统中拓扑量子相变临界行为提供一定的借鉴与参考.

两腿XXZ自旋梯子模型的量子相变与量子临界现象

对于无限大尺寸两腿自旋1/2的XXZ自旋梯子模型,通过运用基于随机行走的张量网络(TN)算法数值模拟出基态波函数,首次尝试研究自旋梯子模型的约化保真度、普适序参量、纠缠熵等物理观测量,并系统研究基态保真度的三维挤点与二维分叉、约化保真度的分叉、局域序参量、普适序参量、纠缠熵和量子相变之间存在的关联关系.基于张量网络表示的算法在任意随机选择初始状态时,可以得到两腿XXZ量子自旋梯子系统简并的对称破缺基态波函数,该基态波函数是由于Z2对称破缺引起的.本文期望所提供的方法可为进一步研究凝聚态物质中热力学极限下的强关联电子量子晶格自旋梯子系统的量子相变和量子临界现象提供一种更有效的强大的工具.

量子相变与量子纠缠

作为量子体系一种内在的非局域性关联,量子纠缠已经成为一个可利用的重要资源并广泛应用于许多领域.强关联体系中的量子相变,作为凝聚态理论中的一个重要现象,也一直是人们研究的热点.本文介绍了量子纠缠的定义,纠缠的判据,以及纠缠的度量.接着,通过一个具体模型对如何利用量子纠缠描述量子相变进行讨论和分析.研究发现,在强关联体系量子相变中量子纠缠扮演着非常重要的角色.

一维准周期罗盘模型的量子相变

通过约旦-维格纳变换方法,研究了一维斐波那契链下罗盘模型的量子相变行为.根据计算结果分析,精确地确定了相变点的位置、能隙以及自旋关联函数,同时确认为第二级量子相变.

量子相变

量子相变是一种发生在绝对零度,由量子涨落而非热涨落导致的相变现象,满足著名的海森堡不确定关系。通过零温量子临界点的研究,可获知物质系统更广泛范围的行为,包括稀土磁性绝缘体,高温超导体和二维电子气体等。

一维量子XX-ZZ模型的量子相变

讨论了一维量子XX-ZZ模型的量子相变类型,数值研究了协作参量、保真度在相变点附近的行为和李-杨零点的分布情况.发现系统同时存在一级和二级相变,对应的保真度行为和李杨零点分布有所区别,但协作参量只能标识二级相变,不能显示一级相变.

外场中具有长程相互作用S-1/2 XXZ双链的量子相变

采用平均场Jordan-Wigner变换分析方法,研究外场中且具有Z方向均匀长程相互作用自旋-1/2XXZ双链的量子相变,得到了系统格点的亥姆赫兹自由能、格点磁化强度等热力学量的解析表达式及其数值解.数值结果与其他文献的结果相符.

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.

重费米子及量子相变国际学术会议

2015年4月15～17日，由浙江大学关联物质研究中心主办的重费米子及量子相变国际学术会议在浙江大学召开，会议受到南京大学人工微结构2011协同创新中心的资助。本次会议由浙江大学“长江学者”特聘教授袁辉球教授和德国马普学会固体化学物理研究所前所长FrankSteglich教授担任会议共同主席，共有来自海内外的35位专家学者作了邀请报告，包括10名中方代表和25名外方代表（其中美国代表6位，德国及其他欧洲国家代表lO位，

一维扩展量子罗盘模型的拓扑序和量子相变

应用矩阵乘积态表示的无限虚时间演化块算法,研究了扩展的量子罗盘模型.为了深入研究该模型的长程拓扑序和量子相变,基于奇数键和偶数键,引入了奇数弦关联和偶数弦关联,计算了保真度、奇数弦关联、偶数弦关联、奇数弦关联饱和性与序参量.弦关联表现出三种截然不同的行为:衰减为零、单调饱和与振荡饱和.基于弦关联的以上特征,给出了量子罗盘模型的基态序参量相图.在临界区,局域磁化强度和单调奇弦序参量的临界指数β=1/8表明:相变的普适类是Ising类型.此外,保真度探测到的相变点、连续性与非连续性和序参量的结果一致.

两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变

研究了两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变.两次淬火是指系统的Hamilton量先由H_(0)淬火到H_(1),演化一段时间T后再由H_(1)淬火到H_(2).由于横场中XY链存在两种不同的量子相变(Ising相变和各向异性相变),因此主要讨论淬火路径对横场中XY链的动力学量子相变的影响,发现第2次淬火后系统发生动力学量子相变的临界时间存在三种典型的情形.情形Ⅰ对应于临界时间在一定的T范围内出现,它与由H_(0)淬火到H_(1)的临界时间相联系.情形Ⅱ对应于临界时间在任意T时总是出现,它与由H_(0)直接淬火到H_(2)的临界时间相联系.情形Ⅲ对应于临界时间也在任意T时总是出现,它同时与由H_(0)淬火到H_(1)以及由H_(0)直接淬火到H_(2)的临界时间相联系.还发现两次淬火都经过同一类相变点时,第2次淬火后只会出现情形I对应的临界时间.而两次淬火经过不同类相变点时,第2次淬火后的临界时间会出现上述三种情形中的任意两种,它与淬火路径有关.

横场中具有周期性各向异性的一维XY模型的量子相变

通过解析和数值计算的方法研究了横场中具有周期性各向异性的一维XY自旋模型的量子相变和量子纠缠.主要讨论了周期为二的情况,即各向异性参数交替地取比值为α的两个值.结果表明,与横场中均匀XY模型相比,α=-1所对应的模型在参数空间的相图存在着明显的不同.原来的Ising相变仍然存在,没有了沿x和y方向的各向异性铁磁(FM_x,FM_y)相,即各向异性相变消失,出现了一个新的相,并且该相内沿x和y方向的长程关联函数相等且大于零,我们称新相为各向同性铁磁(FM_(xx))相.这是由于系统新的对称性所导致的.解析结果还说明系统在FM_(xx)相中的单粒子能谱有两个零点,是一个无能隙的相.最后,利用冯·诺依曼熵数值地研究了系统在新相内各点的量子纠缠,发现该相内每一点的冯·诺依曼熵的标度行为与均匀XY模型在各向异性相变处的相似,即S_L～1/3㏒_2L+Const.

磁场中双量子位Heisenberg模型的纠缠与量子相变

以双量子位Heisenberg模型为例,讨论了磁场方向对纠缠的影响。结果表明:一定温度下,保持磁场的大小不变,仅改变其方向,不仅能获得最大纠缠,还产生了量子相变。

Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变

采用平均场近似的方法,分别研究了Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变:Mott绝缘体相-超流体相量子相变,探索了光的聚束-反聚束行为,研究了Kerr非线性作用对量子相变与光子统计特征的影响.研究结果表明,在Rabi晶格模型中二能级原子和光子相互作用强度g和格点之间光子跃迁强度J的增大会使晶格体系从Mott绝缘体相向超流体相转变,同时,光子统计行为由聚束转变为反聚束,而Kerr非线性强度的增大抑制了Mott绝缘体相-超流体相相变,但促进了光子聚束与反聚束之间的转变.