一维准周期量子自旋系统和玻色子系统的动力学量子相变的研究

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近几十年来,孤立量子系统的动力学行为是统计物理、量子物理和凝聚态物理的热门研究课题。一方面,它能帮助人们了解量子系统的基本性质和统计物理的基本问题。另一方面是由于实验技术的发展,如光学晶格中的超冷原子、离子阱等,使得人们在实验上可以观察到这些物质的动力学行为。在孤立量子系统的诸多动力学行为的研究中,人们比较感兴趣的一个课题是动力学量子相变(DQPTs),即物理量随着时间的变化出现非解析的行为。它是在2013年由Heyl等人提出的。之后,人们对量子系统的DQPTs的研究取得了很大的进展。理论上,在许多系统中发现了DQPTs,这些系统包括横场的量子Ising模型,XY模型,XXZ模型,玻色子模型,Kitaev蜂窝模型,Floquet系统、长程相互作用的系统和拓扑系统等。另外,在实验上也观察到了DQPTs,这些实验包括捕获离子阱、量子比特模拟器和光学晶格。虽然人们对DQPTs的研究取得了很大的进展,但是大多都是研究的均匀系统的DQPTs。本文研究了广义Fibonacci序列的量子Ising链、各向异性XY链和一维玻色子模型的DQPTs。首先,我们导出了实空间中量子Ising链的洛施密特振幅、费舍尔零点和率函数的公式,利用这些公式可以研究此模型的DQPTs。我们用最近邻相互作用系数J按照广义Fibonacci序列来构成准周期的量子Ising链,通过分析费舍尔零点和率函数来研究量子Ising链的DQPTs。当淬火过相变点时,在均匀情况下,每类费舍尔零点线与虚轴相交于一点,有一个相变点。我们发现:弱准周期的情况下,相比于均匀链,虚轴上出现一个新的费舍尔零点,即出现了一个新的相变点。随着准周期强度的增强,虚轴上出现很多费舍尔零点,在热力学极限下这些费舍尔零点逐渐变成一个区域。当淬火不过相变点时,无论是弱准周期还是强准周期的情形,都不会在虚轴上出现费舍尔零点,不存在DQPTs。接下来,我们还研究了第一类和第二类广义Fibonacci序列的量子Ising链的DQPTs,我们发现这两类系统和Fibonacci序列量子Ising链的DQPTs的情况类似。然后,我们导出了实空间中各向异性XY链的洛施密特振幅、费舍尔零点和率函数的公式。同样的,我们用最近邻相互作用系数J按照广义Fibonacci序列来构成准周期的各向异性XY模型,通过分析洛施密特振幅、费舍尔零点和率函数来研究此模型的DQPTs。对于淬火跨越各向异性相变,在均匀情况下,每类费舍尔零点线与虚轴相交于两点,有两个相变点。我们发现,无论是Fibonacci序列还是两类广义Fibonacci序列的情形,在弱准周期的情况下,虚轴上还出现了一个新的费舍尔零点,即:出现了一个新的相变点。同样的,随着准周期强度的增强,在热力学极限下,虚轴上的费舍尔零点逐渐变成一个区域。对于淬火跨越Ising相变和各向异性相变,在均匀情况下,有一个相变点。我们发现,在弱准周期的情况下,相比于均匀链,虚轴上出现新的费舍尔零点,即出现了新的相变点。同样的,当准周期强度很强时,在热力学极限下,费舍尔零点在虚轴上会变成一个区域。对于在铁磁相中的淬火,我们选择了在均匀情况下系统出现两个相变点的路径。在此路径下,当准周期强度较弱时,费舍尔零点与均匀情形下的相同,系统还是只有两个相变点;增强准周期强度,出现新的相变点;当准周期强度更强时,相变点消失,不再存在DQPTs。对于在顺磁相中的淬火,同样的,我们选择了在均匀情况下系统出现两个相变点的路径。在弱准周期的情况下,会出现新的相变点。在很大的准周期强度范围内,相变点依旧存在。最后,我们导出了一维二元非均匀玻色子模型的洛施密特振幅和率函数,利用这些公式可以研究此模型的DQPTs。我们用在位势μ按照二元无序、周期为二和广义Fibonacci序列来构造一维二元非均匀玻色子模型,通过分析洛施密特振幅和率函数来研究此模型的DQPTs。我们发现在位势的分布是等概率的二元无序和周期为二以及广义Fibonacci序列(n=1,m=2)的一维玻色子系统,当无序强度W很大时,洛施密特振幅的绝对值才会约等于0,系统才会存在DQPTs。总而言之,无论是哪一种二元非均匀的一维玻色子模型,只要两个在位势的分布是等概率的,那么系统就会出现DQPTs。
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