一维量子子自自旋链中拓扑有序态的物理描述

一维量子多体系统是凝聚态物理学中的重要研究方向之一,其中的新奇量子物态则是重要的研究课题。本文我们首先简要回顾一维量子整数自旋链体系的相关研究背景,然后提出一类SO(n)对称的严格可解量子自旋链模型及其矩阵乘积基态。当奇数n≥3时,体系的基态为Haldane相。利用这类态中隐藏的稀薄反铁磁序,我们找到了刻画这类态的非局域弦序参量,并在隐藏拓扑对称性的统一框架下解释了稀薄反铁磁序以及边缘态等奇特现象的起源。当偶数n≥4时,体系的基态为二聚化态。这些态属于破缺平移对称性的非Haldane相,但同样具有隐藏的反铁磁序。通过这些严格解的研究,我们还得到了一维SO(n)对称的双线性–双二次模型的基态相图,并发现在n≥5时,一维SO(n)对称的反铁磁海森堡模型的基态处于二聚化相中。基于以上这些结果,我们推广构造了一维平移不变且包含李群G对称性的Valence BondState(VBS)态,并利用其矩阵乘积表示讨论了对应哈密顿量的构造方法。对于自旋为S的量子整数自旋链,我们研究了两类具有不同拓扑属性的VBS类,前一类VBS态的边缘态处于SU(2)自旋J的不可约表示,后一类VBS态的边缘态为SO(2S+1)旋量。在前一类态中,我们以自旋为1的费米型VBS态为例构造了对应的哈密顿量。对后一类态,我们证明了它们等价于SO(2S+1)矩阵乘积态,从而揭示了呈展对称性的起源和边缘态的性质。我们还推广了SO(5)对称的玻色型和费米型VBS态,并探讨了它们的拓扑刻画方式。

光晶格中自旋3/2超冷费米原子的Mott绝缘态及其量子相变

我们首先简要介绍了超冷原子和光晶格,然后利用推广的单带Hubbard模型讨论了二维正方光晶格中自旋3/2费米型超冷原子体系中的几种Mott绝缘态,其中该系统的自旋自由度具有较大SO(5)对称性.对于对称性破缺的自旋四极矩有序态和自旋偶极-八极矩共存有序态,我们详细研究了系统的低能集体激发模式-Goldstone玻色激发的具体行为.在SU(4)对称点附近,我们发现强烈的量子涨落可能会演生出一个SU(4)π通量的自旋液体态.对此,我们还分析了这两种奇异量子态之间可能存在的量子相变.

时空克莱因瓶上的热力学——从二维生物的奇妙旅行到共形量子态的路径积分

在克莱因瓶和莫比乌斯带上环游世界的二维生物会经历有趣的手征变换,这可归因于这些不可定向曲面的独特拓扑性质。作者最近在研究中发现,让共形场论中的量子态在这些曲面上做“时空旅行”(路径积分),也会得到新奇而普适的热力学性质。例如,克莱因瓶上的二维共形场论的自由能中包含一项普适的克莱因瓶熵。它仅依赖于共形场论的一些基本特征。利用克莱因瓶熵,可以精确地找到量子相变点,并刻画其普适类。更一般地,不可定向曲面上的普适热力学数据不仅对于研究凝聚态和统计物理中的临界现象有意义,对于其他领域,比如全息黑洞热力学等也有启发。