有限温度下腔光机械系统中N个二能级原子的相变和热力学性质

研究了含有非线性相互作用的腔机械系统中 N个二能级原子在有限温度下的相变和相关的热力学性质,采用虚时路径积分方法推导出系统的配分函数,求得系统的有效作用量.通过对有效作用量进行变分得到系统的热力学平衡方程和原子布居数期待值的解析表达式,重点研究了原子-场耦合强度、非线性原子-光相互作用、非线性声子-光子相互作用等影响下系统的相变,发现除了会发生由正常相到超辐射相的二阶相变外,还会出现正常相和亚稳的超辐射态共存的现象,同时会发现三相(正常相、超辐射相、亚稳的超辐射态)共存点.有限温度的升高,会使正常相到超辐射相的二阶相变点向原子-场耦合强度增大的方向移动;当非线性原子-光相互作用(正或负)增强时,相变点会向原子-场耦合强度弱的方向移动;声子-光子相互作用会导致出现超辐射不稳定态;有限温度下,在正常相区熵为定值,而在超辐射相区熵随原子-场耦合强度的增强迅速递减为零.

单模光腔中N个二能级原子系统的有限温度特性和相变

本文研究单模光场中N个二能级原子Dicke模型的有限温度特性和相变.把原子赝自旋转换为双模费米算符,用虚时路径积分方法推导出系统的配分函数,对作用量变分求极值得到系统的热力学平衡方程,及原子布居数期待值和平均光子数随原子-光场耦合强度变化的解析表达式.重点研究了在量子涨落起主导作用的低温区,由耦合强度变化产生的从正常相到超辐射相的相变,指出该相变遵从Landau连续相变理论,平均光子数可作为序参数,零值表示正常相,大于零则为超辐射相.在零温极限下本文的结果和量子相变理论完全符合.另外,本文也讨论了系统的热力学性质,比较有限温度相变和量子相变的异同.发现,在强耦合区低温稳定态的光子数和平均能量都和绝对零度的值趋于一致,而超辐射相的熵则随耦合强度的增强迅速衰减为零.