基于Λ进程由激光脉冲和热诱导的量子跃迁动力学

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随着量子理论相关应用的发展,人们越来越关心量子理论为基础的理论发展以及量子尺度下相关器件的量子操控。但是在这些实际系统中,系统不可避免的与外界环境发生相互作用,从而产生不可忽略的影响。为了弄清楚外界环境对于在激光脉冲驱动下的量子系统的影响,本文首先在三能级系统和多电子系统中实现激光脉冲驱动量子跃迁,再以三能级系统为基础考虑系统与外界环境存在相互作用,从而探究外界环境对体系动力学的影响。本文的主要内容和结果如下:首先,以三能级系统为例,使用适当的激光脉冲驱动系统实现量子跃迁。为了研究激光参数对于保真度的影响,我们进一步计算了激光脉冲失谐情况下的系统动力学行为以及不同激光脉冲宽度下系统的动力学变化。所得结果表明在适当的激光脉冲驱动下三能级系统可以基于Λ进程实现完全跃迁,而激光的失谐则使得量子跃迁难以实现,但可以通过调节激光脉冲宽度使系统再次实现高保真度的量子跃迁。接着,我们将研究对象从简单的三能级系统扩展到真实分子团簇(Fe2Bz3,Co2Bz3和Ni2Bz3)。利用Hartree-Fock方法对这三种分子团簇进行几何优化,从而得到其能量最低的几何构型。再通过对称性自适应组态相互作用方法求解得三种团簇的基态和激发态。在此基础上加静磁场与含时激光脉冲和考虑自旋轨道耦合,从而在实际分子团簇上实现基于Λ进程的量子跃迁动力学。其研究结果表明,三种分子团簇上均实现了基于Λ进程的量子跃迁动力学(自旋翻转动力学),而仅在Co2Bz3团簇上实现了另一种量子跃迁动力学(自旋转移动力学)。最后,考虑三能级系统与外界热库环境耦合,研究基于Λ进程的激光诱导量子跃迁动力学。研究发现,对于从初态到末态的跃迁,当热激发跃迁的两个分支对称时,非平衡光通道可以提高动力学的保真度。特别是对于两光学分支中一支是完全被禁止的情况,由于热转移通道的补偿,保真度仍然可以达到最大值,导致电子最终占据在末态上。类似地,在对称的光学跃迁条件下,不平衡的热通道情况同样可以改善动力学过程的保真度。此外,我们还研究和分析了环境温度、耦合常数对环境的作用以及末态能量随时间变化情况。这些结果对于室温下分子尺度相关器件中量子操纵的实现具有重要的指导意义。
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