拓?fù)潴w系的量子模擬及研究
本文關(guān)鍵詞：拓?fù)潴w系的量子模擬及研究 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
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【摘要】：近年來.拓?fù)湎嚓P(guān)問題的研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。理論上講,對(duì)拓?fù)涞难芯繋椭藗兩羁痰乩斫饬肆孔踊魻栃?yīng)等傳統(tǒng)的問題,此外,還進(jìn)一步向人們指明了拓?fù)浣^緣體.拓?fù)涑瑢?dǎo)體.Majorana費(fèi)米子.Weyl費(fèi)米子等新型的拓?fù)洳牧系拇嬖�。特別的是.這些新型的拓?fù)洳牧暇哂衅洫?dú)特的拓?fù)湫再|(zhì)。這些獨(dú)特的拓?fù)湫再|(zhì)一方面有助于幫助人們加深對(duì)自然現(xiàn)象的理解,另一方面,在量子計(jì)算以及低耗散輸運(yùn)等方面也具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用潛力。拓?fù)洳牧系倪@諸多優(yōu)點(diǎn)使得人們特別重視其在各種材料上的發(fā)現(xiàn)與研究。特別的,利用量子模擬的手段來實(shí)現(xiàn)這些拓?fù)湫再|(zhì)并對(duì)其進(jìn)行研究也是人們努力的方向之一、量子模擬是指利用人工手段構(gòu)造一個(gè)量子系統(tǒng)來模擬所需要系統(tǒng)的哈密頓量其具有模型相對(duì)簡(jiǎn)單可控的優(yōu)點(diǎn),便于人們分析模擬體系的性質(zhì)。并觀察與驗(yàn)證相對(duì)應(yīng)的理論預(yù)言。在本篇論文中,我們主要研究了一些拓?fù)湎到y(tǒng)的拓?fù)湫再|(zhì),并提出了一個(gè)用量子模擬的方法進(jìn)一步研究拓?fù)涞姆桨浮＞唧w來說,我們首先簡(jiǎn)單回顧了拓?fù)湎到y(tǒng)的發(fā)展歷史,并重點(diǎn)介紹了TKNN數(shù),Majorana費(fèi)米子,Weyl費(fèi)米子等不考慮相互作用的體系的拓?fù)�。之�?我們進(jìn)一步介紹了一些量子模擬方法在研究拓?fù)潴w系上的主要進(jìn)展以及應(yīng)用。這里我們的介紹集中于光學(xué)體系,包括光子晶體、光學(xué)共振腔等方法。并且我們還特別介紹了利用人工維度來減少體系復(fù)雜度的方法。在介紹完這些背景之后。我們具體介紹了我們的主要貢獻(xiàn)。具體包括:1.對(duì)Majorana費(fèi)米子來說,其概念與主要性質(zhì)是清楚而明確的。然而,如何在真實(shí)材料中確實(shí)地證明其存在一直是物理學(xué)界中一個(gè)非常受人關(guān)注的問題。這是因?yàn)?對(duì)于驗(yàn)證Majorana費(fèi)米子存在性的最簡(jiǎn)單的方法:輸運(yùn)測(cè)量得到零偏壓微分電導(dǎo)峰的方法來說。雖然諸多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到了預(yù)言所指出的零偏壓微分電導(dǎo)峰,但是人們?nèi)匀徊荒艽_信Majorana費(fèi)米子的存在這是因?yàn)槌薓ajorana費(fèi)米子之外,諸多其它機(jī)制,比如邊界上的近零能雜質(zhì)態(tài)、Kondo效應(yīng)等等都有可能導(dǎo)致類似的現(xiàn)象出現(xiàn)。因而單純輸運(yùn)測(cè)量得到的零偏壓微分電導(dǎo)峰只能作為Majorana費(fèi)米子存在的必要條件而非充分條件。另一萬面,利用Majorana費(fèi)米子其它的特殊性質(zhì)來驗(yàn)證其存在性的方法.比如利用其約瑟夫森效應(yīng)的4π周期性等,在實(shí)驗(yàn)上難度較高,是比較難以實(shí)現(xiàn)的。因而,如果能利用Majorana費(fèi)米子獨(dú)特的性質(zhì),但是直接用輸運(yùn)方法來測(cè)量的話會(huì)是一個(gè)綜合了實(shí)驗(yàn)難度與結(jié)果可信性的較好的方案。據(jù)此,我們指出,如果用圓環(huán)將兩個(gè)Majorana費(fèi)米子連接起來,并通過一個(gè)通過圓環(huán)中心的磁通來調(diào)節(jié)相位,就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。具體來說,由于磁通量子化以及熱力學(xué)平衡,在圓環(huán)兩端的拓?fù)涑瑢?dǎo)體上超導(dǎo)序參量的相位差只能是零或π。當(dāng)這個(gè)相位為π時(shí),圓環(huán)上會(huì)存在兩個(gè)無耦合的Majorana費(fèi)米子。這兩個(gè)無耦合的Majorana費(fèi)米子會(huì)使得通過連接圓環(huán)的電極的微分電導(dǎo)譜中在零偏壓附件出現(xiàn)兩個(gè)非�？拷姆濉５钱�(dāng)相位變?yōu)榱銜r(shí),這兩個(gè)Majorana費(fèi)米子會(huì)相互耦合劈裂變成普通費(fèi)米子態(tài),而相對(duì)應(yīng)的峰在圓環(huán)比較小的情況下會(huì)遠(yuǎn)離零偏壓。這兩個(gè)特性十分容易區(qū)分,因而可以作為驗(yàn)證Majorana費(fèi)米子存在的證據(jù)。2.我們還討論了用量子模擬的方法實(shí)現(xiàn)Weyl費(fèi)米子的可能性。雖然Weyl費(fèi)米子在半導(dǎo)體固體材料中已經(jīng)被成功發(fā)現(xiàn),但是由于固體材料復(fù)雜的能譜,其獨(dú)特的邊界態(tài)特性,也就是費(fèi)米弧往往與體能譜相簡(jiǎn)并,從而影響人們對(duì)其性質(zhì)的分析。因而通過量子模擬的手段構(gòu)造簡(jiǎn)潔標(biāo)準(zhǔn)的Weyl費(fèi)米子系統(tǒng)是一個(gè)非常有價(jià)值的嘗試。而Weyl費(fèi)米子作為三維體系中的拓?fù)洮F(xiàn)象,對(duì)量子模擬需求的格點(diǎn)數(shù)是相對(duì)較高的。因而,這里我們提出了一種在簡(jiǎn)并光腔陣列系統(tǒng)中,利用光子的軌道角動(dòng)量量子數(shù)作為虛擬格點(diǎn)來減少系統(tǒng)所需要資源的理論方案。這個(gè)系統(tǒng)中的能譜性質(zhì)可以通過光學(xué)的輸運(yùn)行為來測(cè)量。我們發(fā)現(xiàn),對(duì)于我們所提出的系統(tǒng),其對(duì)應(yīng)的邊界態(tài)的耦合強(qiáng)度隨約束方向格點(diǎn)數(shù)不同有很大的不同。在約束方向格點(diǎn)數(shù)為奇數(shù)時(shí),對(duì)應(yīng)兩個(gè)邊界態(tài)無耦合,從而能觀察到完整的費(fèi)米弧。但是,當(dāng)其為偶數(shù)時(shí),兩個(gè)邊界態(tài)的耦合強(qiáng)度會(huì)強(qiáng)烈依賴于動(dòng)量以及自旋,從而造成了動(dòng)量及自旋依賴的輸運(yùn)譜。3.我們進(jìn)一步介紹了在考慮相互作用后,對(duì)體系的拓?fù)鋯栴}的一些研究進(jìn)展。目前,對(duì)于這個(gè)問題,人們?nèi)匀粵]有很好的結(jié)論,現(xiàn)在的研究方案都有著各自的問題與適用范圍。因而,如何更好的刻畫相互作用體系中的拓?fù)淙匀恍枰藗兊呐�。然而盡管在理論萬向面臨了很多困難,人們?nèi)匀辉噲D通過實(shí)驗(yàn)的方法,尤其是用量子模擬的方法來研究其中的物理。我們重點(diǎn)討論了在占據(jù)數(shù)為1/2的分?jǐn)?shù)霍爾效應(yīng)體系中能譜隨邊界條件的依賴關(guān)系,由此說明通過實(shí)驗(yàn)方法直接對(duì)相互作用體系中的拓?fù)溥M(jìn)行測(cè)量的可能性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O469
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3 江向東;;SU(6)大統(tǒng)一模型[J];高能物理與核物理;1984年03期
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5 鄭波;;可解的1+1維格點(diǎn)U(1)規(guī)范模型與費(fèi)米子加倍問題[J];高能物理與核物理;1990年04期
6 羅向前;陳啟洲;;低維規(guī)范理論中的費(fèi)米子真空凝聚[J];高能物理與核物理;1992年08期
7 許伯威;費(fèi)米子數(shù)的時(shí)空性質(zhì)[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(bào);1978年03期
8 許伯威;;費(fèi)米子數(shù)的時(shí)空性質(zhì)[J];高能物理與核物理;1979年01期
9 王維璽;;E_6的大統(tǒng)一模型[J];內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1982年01期
10 孫洪洲;韓其智;;玻色子費(fèi)米子體系波函數(shù)的分類[J];高能物理與核物理;1982年03期
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1 甘姝;汪凱戈;;雙費(fèi)米子的分束器干涉[A];第十三屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年
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1 記者 常麗君;美科學(xué)家造出全新量子物質(zhì)形態(tài)[N];科技日?qǐng)?bào);2012年
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4 記者 毛磊;2003年度最重要物理學(xué)新聞[N];新華每日電訊;2003年
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1 朱小宇;一維系統(tǒng)中的Majorana費(fèi)米子和分?jǐn)?shù)費(fèi)米子[D];南京大學(xué);2016年
2 施志成;量子Lyapunov控制的理論研究及應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2016年
3 孫伯業(yè);拓?fù)潴w系的量子模擬及研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年
4 馬均章;角分辨光電子能譜在拓?fù)洳牧涎芯恐械膽?yīng)用[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年
5 許霄琰;費(fèi)米子-玻色子耦合格點(diǎn)體系的量子蒙特卡洛模擬[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年
6 李偉;狄拉克費(fèi)米子體系中的手征相變[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年
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1 鄭翌潔;拓?fù)浣^緣體臺(tái)階結(jié)構(gòu)以及Majorana費(fèi)米子的輸運(yùn)特性[D];河北師范大學(xué);2016年
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，本文編號(hào)：1308063
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