非简并Raman耦合模型的改进型有效哈密顿量

本文研究了一个A一型三能级原子与双模量子腔场的相互作用。在原子—场失谐量较大的条件下,把这个模型化为非简并Raman耦合模型提出了非简并Raman耦合模型的改进型有效哈密顿量,给出了其适用条件。分析表明,在研究Raman耦合模型时,通常的有效哈密顿量是不合适的,必须计及原子能级(起码能级之一)的交流Srark移动的影响。

量子力学中求解有效哈密顿量的两种方法

在原子与光场相互作用的量子系统中,原子的跃迁频率通常与光场的频率失谐,针对这类失谐量子系统,本文在旋波近似下介绍了两种求解其有效哈密顿量的方法,并给出了一个例子。

多光子共振过程的有效哈密顿量

本文用正则变换的方法推导了量子光学中多光子共振过程的有效哈密顿量。计算到三阶微扰项,其结果可用于双光子及三光子共振过程。

双Λ原子系统中的有效哈密顿量

用微扰论方法计算了光与双Λ原子系统相互作用的有效哈密顿量,计算结果表明,在考虑到二阶微扰项的情况下,有效哈密顿量合理地解释了拉曼过程所产生的非线性效应,从而可用于分析原子非线性引起的非经典效应随泵浦场的拉比频率、泵浦场失谐的变化关系。

不同参数下的庞加莱晶体性质比较

洛伦兹对称性作为相对论中的基本时空变换,在凝聚态物理中却鲜有应用.为了研究具备洛伦兹对称性的庞加莱晶体理论,构造了不同参数下的庞加莱晶体模型,通过离散庞加莱对称群的幺正表示和多体理论,计算了它们的色散关系、Floquet有效哈密顿量及推迟格林函数.结果发现,在不同参数下,色散关系一致表现出不规则锯齿形状,有效哈密顿量存在着周期性的长程跃迁,传播子表现出回声结晶化现象.该发现加深了对庞加莱晶体性质的理解.

多铁性材料的第一性原理模型哈密顿量研究

由于在某些多铁性材料中存在着自旋、轨道和晶格等多种自由度的强耦合,它们会表现出丰富而有趣的相图与物理性质。但目前第一性原理方法还不能直接用来研究这些材料在有限温度下的物理性质。而基于第一性原理的有效哈密顿量方法却可突破这一限制。文章通过介绍几项研究工作,包括磁致铁电体RMn2O5和CuO的相图,以及RMn2O5中的电磁子,来说明这个方法在多铁性材料研究中的应用。

外加电磁场下周期性体系的第一性原理计算方法

电磁场对物质性质的影响和调控一直是科学研究的核心议题.然而,在计算凝聚态物理领域,由于传统的密度泛函理论并不能轻易推广至含有外加电磁场的情景,且外场往往会破缺周期性体系原本具有的平移对称性,从而使得布洛赫定理失效.因此,利用第一性原理方法计算外场作用下的物质性质并非易事,特别是在外场不能被视为微扰的情况下.在过去的二十年中,许多计算凝聚态物理学者致力于构建和发展适用于有限外场下周期性体系的第一性原理计算方法.本文旨在系统地回顾这些理论方法及其在铁电、压电、铁磁、多铁等领域的应用.本文首先简要介绍现代电极化理论,并阐述基于此理论以及密度泛函理论,构建出两种用于有限电场下计算的方法.然后探讨将外磁场纳入密度泛函理论,并对相关的现有计算手段以及所面临的挑战进行讨论.接着回顾了被广泛用于研究磁性、铁电和多铁体系的第一性原理有效哈密顿量方法,以及该方法在考虑外场时的延伸.最后,介绍了当下备受瞩目的利用机器学习中的神经网络方法构建有效哈密顿量模型的发展成果及在考虑外场下的拓展.

厦门大学物理科学与技术学院教授杨哲森 探秘非厄米系统科研深海

近年来,得益于人造材料和光子晶体的实验发展,非厄米系统日益受到关注。所谓的非厄米系统,是指具有耗散或者增益的一类(经典或者量子)体系,它们的有效哈密顿量可以用一个非厄米算符或者非厄米矩阵来近似描写。“2021年度博士后创新人才支持计划”入选者杨哲森,是这一研究领域的执着拓新者。

极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子

有不少的极性晶体，电子与表面光学（ＳＯ）声子耦合强，但与表面声学（ＳＡ）声子耦合弱．研究电子与ＳＯ声子耦合强，与ＳＡ声子耦合弱的极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子的性质．采用改进了的线性组合算符和微扰法导出了极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子的有效哈密顿量．在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用时，讨论对表面极化子的有效哈密顿量、有效质量和有效相互作用势的影响．

声子之间相互作用对磁场中表面极化子的诱生势的影响

研究极性晶体中电子与表面光学（ＳＯ）声子和体纵光学（ＢＯ）声子耦合弱的表面磁极化子的性质，采用线性组合算符和微扰法导出了极性晶体中表面磁极化子的有效哈密顿量．讨论了反冲效应中不同波矢声子之间相互作用对表面磁极化子诱生势的影响．

大失谐情况下的V-型三能级原子与光场相互作用

本文研究了一个V-型三能级原子与光场的相互作用．在原子与场大失谐情况下，处于基态能级可绝热消除，即此模型可化为非简并Raman耦合模型；进而提出了其改进型有效哈密顿量；最后得到了简并Raman耦合模型的有效哈密顿量，并借助于矩阵求出了任意时刻波函数的解。

中性碳原子基态关联效应的多体理论计算

应用原子多体理论对开壳层原子中电子关联效应的有效哈密顿量及波算符的Goldston图进行了分析 ,在此基础上得到了计算有效哈密顿量的简单方法 ;以HFS模型为零级近似对中性碳原子基态的关联效应进行了计算并通过与实验结果及其他文献基于HF模型进行的计算相比较 ,得到了令人满意的结论。

通过形变势弱耦合表面极化子的性质

采用Huybrechts线性组合算符和幺正变换法 ,导出了晶体中电子与表面光学声子和表面声学声子均为弱耦合极化子的有效哈密顿量 。

半无限晶体中慢速运动的表面极化子

本文研究电子与体纵光学声子耦合弱、与表面光学声子耦合强的半无限晶体中的表面极化子的性质．采用改进了的线性组合算符法和微扰法导出了半无限晶体中的慢速运动极化子的有效哈密顿量．在计及电子在反冲效应中发射和吸收的不同波矢的声子之间的相互作用时，讨论了对有效哈密顿量，诱生势和有效质量的影响．对ＡｇＢｒ晶体进行了数值计算，结果表明反冲效应中发射和吸收的不同波矢的声子之间的相互作用对有效质量和诱生势的影响随耦合常数αｌ的增加而增加，对有效质量的影响随坐标ｚ的增加而减小的更多，对诱生势的影响随ｚ的增加而增加的更多．

声子之间相互作用对慢速运动的二维磁极化子性质的影响

研究了极性晶体中电子与表面光学声子耦合弱的二维磁极化子的性质．采用改进的线性组合算符法及微扰法导出了极性晶体中慢速运动磁极化子的有效哈密顿量．当计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用时，讨论对二维磁极化子的自陷能和有效质量的影响．

正负材料交界面上光波的额外相位跃变

研究了正负材料交界面上光波因螺旋度瞬时翻转所导致的额外相位。在构造有效哈密顿量的基础之上,我们运用Lewis-Riesenfeld不变量理论及与不变量有关的么正变换方法分析和计算了这一相位。由于交界面上螺旋度倒转是一个含时过程,我们计算了其中由光子波函数获得的几何相位。光子螺旋度倒转类似数字电路0与1之间的互换操作,文中简要讨论了它可能具有的信息论意义。

磁场中光学极化子的性质研究

采用Huybrechts线性组合算符法、幺正变换法和变分法,得到了晶体中电子体纵光学(LO)声子相互作用系统的有效哈密顿量、振动频率和基态能量,并对磁场的两种极限情况(强磁场、弱磁场)进行了讨论。为了更清楚直观地反映晶体中磁极化子的性质,对CsI晶体进行了数值计算,得出了晶体中电子体纵光学声子强耦合系统的振动频率、基态能量与磁感应强度的关系曲线。结果表明,磁极化子的基态能量的绝对值和振动频率都随磁感应强度的增加而增大。

真空光学腔场诱导不同原子纠缠之研究

在大失谐条件下,使用时序算子T的二级微扰展开讨论了单模光学腔中放置不同原子时有效哈密顿量的形式;并进一步讨沦了在真空光学腔场中,初态为直积态的两不同原子状态随时间的演化规律,研究的结果显示:(1)两不同原子具有|△1-△2|》max(g1,g2)或△1+△2=0性质时,态在演化过程中保持仍为直积态的形式,不会出现纠缠态的情形,(2)两不同原子具有|△1-△2|《maX(g1,g2)性质时,态在演化过程中出现纠缠态的情形,在特定的时刻出现最大纠缠态。

原子光纤中物质波演化的唯象描述

近来 ,基于原子光学微结构制作技术的原子集成操作已经能在很高精度上捕陷与导引原子。最近 ,Luo等人在实验上实现了所谓的原子光纤技术 (原子物质波沿着一个 2 5微米长的螺旋型波导走完了完整的两圈路径 )。本文替该弯曲原子光纤中物质波的时间演化过程提供了一个唯象描述 ,主要讨论了三个相关问题 :(i)有效哈密顿量的构造 ;(ii)获得描述弯曲原子光纤中物质波的波函数 ;(iii)证明该物质波函数恰好是原子动量算符的本征态 ,表明该唯象模型是自洽的。我们认为本文的唯象模型对于所谓的“原子光学”的研究是有一定意义的。

原子光纤中物质波演化的唯象描述

最近,Luo等人在实验上实现了所谓的原子光纤技术(原子物质波沿着一个25μm长的螺旋型波导走完了完整的两圈路径)。本文替该弯曲原子光纤中物质波的时间演化量子力学过程提供了一个唯象描述,主要讨论了三个相关问题:(i)原子物质波与弯曲波导相互作用的有效哈密顿量的构造;(ii)获得描述弯曲原子光纤中物质波的波函数;(iii)证明该物质波波函数恰好是原子动量算符的本征态,表明该唯象描述是自洽的。我们认为本文的唯象模型对于所谓的"原子光学"(atomoptics)的研究是有一定意义的。