单分子尺度上的超高密度存储:从电导到单自旋态的操控 ...
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2014年4月28日 - 当单原子或单分子与周围环境的传导电子发生相互作用时,在适当的耦合强度以及电子态密度的条件下,会在传导电子费米能级处形成新的传输 ...
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席力 - 欢迎您光临兰州大学物理学院
phy.lzu.edu.cn/lzupage/2013/04/.../N20130408120820.ht...
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2013年4月8日 - ... 基金(145RJZA154),2014.7-2016.6. 4. 稀土掺杂对Co基Heusler合金磁性和费 米能级的调控,国家自然科学基金(51171076),2012.1-2015.12.
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强关联与演生规范
高温超导
量子Hall系统中演生出 规范结构与其强关联性息息相关,强关联模式的序导致了低能激发谱的有效理论正是Chern-Simons规范理论。 与量子Hall系统不太一样,高温超导的特性是通过掺杂而出现的,这可以说是看着完全不同的系统,完全不同的相态。然而它们确都有长程序,其实本质地讲它们都可以演生出规范结构的原因却是几乎一样的,这体现了凝聚态领域的第一大原理:序决定着激发。
一切的源头从超导系统讲起。超导现象的本质就是荷电超流体,而超流现象的本质是介种玻色子的凝聚,所以发生超导的前提以太条件是,必须存在携带电荷的玻色子。而我们知道超导材料中载流子是电子(还有代表湮灭算符的空穴),电子是费米子固然无法直接形成BEC。就如所以说,实际上超导理论的关键就在于研究合理地将原来相互作用费米子场的哈密顿量映射到玻色型平均场哈密顿量的有效理论。
历史上最早的方案是进行电子配对使得新的复合粒子是玻色子(电子都是自旋费米子,两个电子复合后总自旋就变成0或1,即自旋为整数且带电荷的玻色子)并成为载流子;为了实现这一点,需要将电子间的作用势可以从Coulomb排斥变为有效吸引势。在固体系统中,从Hartree-Fock平均场论出发可以得到的一个重要结果是电子运动形成准粒子激发是一种带有静电屏蔽势的准电子削弱长程Coulomb作用(用Green函数理论就是计算电子自能带来的介电函数动态变化——极化);晶格振动产生元激发是声子,电子-声子作用就是Fröhlich作用,在满足一点能动量条件下电子对之间可以形成负的作用项,由Landau液体理论可知这些低能元激发作用过程都发生于费米面附近,使得费米面变得不稳定。正是这些因素使得准电子在费米面处重整形成Cooper对。现代凝聚态理论方法则是对配分函数计算的路径积分表述,使用Hubbard-Stratonovich变换后积掉费米子场自由度的办法得到有效平均场, 再以鞍点驻值方法给出自洽条件。 积掉费米子之后得到的就是BdG自洽平均场理论;并且有效场还是相变的序参量,显示的是超导系统的非对角长程序。就具体不同超导系统而言,电子之间的有效相互作用可以通过声子、磁振子、极化子、激子等等各种中间玻色子来传递,也可以通过重整化群从 裸相互作用中间逐次求出。目前的铁基超导理论就包括 磁振子BCS和泛函重整化群这样一些理论,它们都是以配对机制作为起源。
到了高温超导系统,这一切都变了。铜氧超导体的母体(未掺杂)是绝缘体,缺乏导体所具有的良好的静电屏蔽以及易变形的费米面等等特点(换言之就是费米液体失效的强关联系统——非费米液体系统),BCS配对的机制在铜氧超导体失效了。作为强关联电子结构材料的高温超导体的发现是八十年代物理学的一件大事,在这类材料发现后不久,感觉敏锐的Anderson就明确指出了高转变温度超导材料中铜氧面的重要性;并认为,应以Mott转变作为高温超导理论的出发点,因为超导电性出现在金属-绝缘体转变的附近。Anderson对相互作用费米系统的重正化群分析表明:Landau费米液体是一固定点,而Luttinger液体是另一不同的固定点。Luttinger液体一词由Haldane提出,用以界定一维量子液体的一般行为。多年前对一维排斥势Hubbard模型就已有了精确解。在Luttinger液体中,电荷与自旋具有截然不同的谱行为。Anderson指出:在所有实际的一维量子液体中,“波函数重正化因子”,这就把Landau费米液体排除在外;Landau费米液体理论之失效,并非由于在一维系统中才具有的任何特殊具体性质,而是由于其强关联在费米面上产生有限相移所致。沿此线索Anderson论证了将一维Luttinger液体推广到二维。
Pauling于1938年首先提出价键的共振理论。所谓价键态势两个自旋间配对形成单重态,在价键(VB)基础上将所有可能的自旋单重态配对波函数线性组合叠加成共振价键态。这种简并态叠加就是共振的本质,导致的结果就是离域化,也就产生分子轨道理论的效果。Anderson在针对反铁磁体的奈耳态(Neel state)和spin-peierls态的讨论中借鉴此思路提出了RVB态的新绝缘体;他认为至少在二维三角格子、自旋的反铁磁体中的反铁磁基态,可能是Bethe在反铁磁线链上提出的单重态配对(singlet)态类似体;Anderson进而提出,经高阶自能修正计算表明,诸单重态配对的移动或“共振”使其状态更稳定。Anderson在他1987年发表的论文中认为掺杂铜氧化物中超导的起源是(非超导态的)铜氧化物的莫特绝缘体特性,母化合物的绝缘态是共振价键态(RVB态)。
Mott绝缘体的物理性质可用Hubbard模型的哈密顿量来描述:
量子Hall系统中演生出 规范结构与其强关联性息息相关,强关联模式的序导致了低能激发谱的有效理论正是Chern-Simons规范理论。 与量子Hall系统不太一样,高温超导的特性是通过掺杂而出现的,这可以说是看着完全不同的系统,完全不同的相态。然而它们确都有长程序,其实本质地讲它们都可以演生出规范结构的原因却是几乎一样的,这体现了凝聚态领域的第一大原理:序决定着激发。
一切的源头从超导系统讲起。超导现象的本质就是荷电超流体,而超流现象的本质是介种玻色子的凝聚,所以发生超导的前提以太条件是,必须存在携带电荷的玻色子。而我们知道超导材料中载流子是电子(还有代表湮灭算符的空穴),电子是费米子固然无法直接形成BEC。就如所以说,实际上超导理论的关键就在于研究合理地将原来相互作用费米子场的哈密顿量映射到玻色型平均场哈密顿量的有效理论。
历史上最早的方案是进行电子配对使得新的复合粒子是玻色子(电子都是自旋费米子,两个电子复合后总自旋就变成0或1,即自旋为整数且带电荷的玻色子)并成为载流子;为了实现这一点,需要将电子间的作用势可以从Coulomb排斥变为有效吸引势。在固体系统中,从Hartree-Fock平均场论出发可以得到的一个重要结果是电子运动形成准粒子激发是一种带有静电屏蔽势的准电子削弱长程Coulomb作用(用Green函数理论就是计算电子自能带来的介电函数动态变化——极化);晶格振动产生元激发是声子,电子-声子作用就是Fröhlich作用,在满足一点能动量条件下电子对之间可以形成负的作用项,由Landau液体理论可知这些低能元激发作用过程都发生于费米面附近,使得费米面变得不稳定。正是这些因素使得准电子在费米面处重整形成Cooper对。现代凝聚态理论方法则是对配分函数计算的路径积分表述,使用Hubbard-Stratonovich变换后积掉费米子场自由度的办法得到有效平均场, 再以鞍点驻值方法给出自洽条件。 积掉费米子之后得到的就是BdG自洽平均场理论;并且有效场还是相变的序参量,显示的是超导系统的非对角长程序。就具体不同超导系统而言,电子之间的有效相互作用可以通过声子、磁振子、极化子、激子等等各种中间玻色子来传递,也可以通过重整化群从 裸相互作用中间逐次求出。目前的铁基超导理论就包括 磁振子BCS和泛函重整化群这样一些理论,它们都是以配对机制作为起源。
到了高温超导系统,这一切都变了。铜氧超导体的母体(未掺杂)是绝缘体,缺乏导体所具有的良好的静电屏蔽以及易变形的费米面等等特点(换言之就是费米液体失效的强关联系统——非费米液体系统),BCS配对的机制在铜氧超导体失效了。作为强关联电子结构材料的高温超导体的发现是八十年代物理学的一件大事,在这类材料发现后不久,感觉敏锐的Anderson就明确指出了高转变温度超导材料中铜氧面的重要性;并认为,应以Mott转变作为高温超导理论的出发点,因为超导电性出现在金属-绝缘体转变的附近。Anderson对相互作用费米系统的重正化群分析表明:Landau费米液体是一固定点,而Luttinger液体是另一不同的固定点。Luttinger液体一词由Haldane提出,用以界定一维量子液体的一般行为。多年前对一维排斥势Hubbard模型就已有了精确解。在Luttinger液体中,电荷与自旋具有截然不同的谱行为。Anderson指出:在所有实际的一维量子液体中,“波函数重正化因子”,这就把Landau费米液体排除在外;Landau费米液体理论之失效,并非由于在一维系统中才具有的任何特殊具体性质,而是由于其强关联在费米面上产生有限相移所致。沿此线索Anderson论证了将一维Luttinger液体推广到二维。
Pauling于1938年首先提出价键的共振理论。所谓价键态势两个自旋间配对形成单重态,在价键(VB)基础上将所有可能的自旋单重态配对波函数线性组合叠加成共振价键态。这种简并态叠加就是共振的本质,导致的结果就是离域化,也就产生分子轨道理论的效果。Anderson在针对反铁磁体的奈耳态(Neel state)和spin-peierls态的讨论中借鉴此思路提出了RVB态的新绝缘体;他认为至少在二维三角格子、自旋的反铁磁体中的反铁磁基态,可能是Bethe在反铁磁线链上提出的单重态配对(singlet)态类似体;Anderson进而提出,经高阶自能修正计算表明,诸单重态配对的移动或“共振”使其状态更稳定。Anderson在他1987年发表的论文中认为掺杂铜氧化物中超导的起源是(非超导态的)铜氧化物的莫特绝缘体特性,母化合物的绝缘态是共振价键态(RVB态)。
Mott绝缘体的物理性质可用Hubbard模型的哈密顿量来描述:
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