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[硕士论文] 祁鲁
理论物理 延边大学 2018(学位年度)
摘要:自从量子霍尔效应发现以来,寻找量子材料新的拓扑态一直是凝聚态领域的热点课题。区别于传统绝缘体,拓扑绝缘体不遵从朗道对称性破缺理论。拓扑绝缘体在体内表现为有能隙的绝缘态,但在边界或表面处却表现为无能隙的导电态。这些边界或表面态受拓扑不变量保护,对于无序或微扰免疫。这些特性使得拓扑绝缘体在量子信息处理和量子计算等方面有着巨大的潜在应用。近年来,研究发现一维拓扑系统和高维拓扑绝缘体类似,也拥有丰富的拓扑相,一维拓扑系统对于揭示和理解高维拓扑系统有着重要的意义。而且一维系统在实验上设计的灵活性也使得模拟高维拓扑绝缘体以及观测拓扑相成为可能。这些优势使得一维系统成为研究高维拓扑绝缘体的一个理想平台。本文基于一维光学系统模拟拓扑绝缘体并探测其拓扑性质,具体研究内容如下:
  基于一维电路量子电动力学(QED)晶格系统,我们模拟了可调节的Rice-Mele(RM)模型并提出探测其拓扑性质的方案。通过在系统中引入一个附加的周期参数,该系统可以被映射为一个Chern绝缘体模型。研究发现:如果系统中相邻共振器间的耦合强度及比特辅助在位势能均能被周期调制时,该电路QED晶格系统总是显示出拓扑非平凡的相。数值结果表明:不同参数下,系统会发生不等价的拓扑相变。此外,利用腔场的平均分布和反射系数相位的环绕数,拓扑边缘模和系统的拓扑不变量均可以被清晰地探测。
  基于一维腔光机械阵列,模拟了自旋轨道耦合导致的量子自旋霍尔绝缘体。利用对角化方法,一维腔光机械阵列可以被解耦成两条玻色链,它们分别映射了量子自旋霍尔绝缘体的两个自旋分量。通过在一维腔光机械阵列系统中额外引入一个周期参数,该系统可以被映射为一个二维的量子自旋霍尔绝缘体。数值结果表明,不同参数取值情况下,系统会展现出平凡和非平凡的Z2拓扑相。随着参数在一个周期内连续变化,系统会展现出类似自旋量子霍尔效应中的自旋泵浦现象。此外,我们也分析和讨论了光机械系统中腔衰减和振子阻尼对系统拓扑性质的影响。
[硕士论文] 曹吉
物理学;理论物理 延边大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,拓扑绝缘体的发现成为了凝聚态物理学中一个炙手可热的探究方向。拓扑绝缘体表征一类全新的物质形态,它与普通绝缘体体内一样具有能隙,但是在其表面或者边界上具有可导电的边缘态或者表面态,这是由于拓扑绝缘体的非平凡拓扑性的能带结构所决定。我们一般用拓扑不变量来描述拓扑系统的性质,不同的拓扑不变量表示不同的拓扑效应,拓扑不变量值的不同可以刻画拓扑量子相变。由于拓扑绝缘体这种新奇的性质,近几年来受到了广泛的关注,在理论和实验上都取得了一定的成果,研究发现利用光子系统可以模拟物质的拓扑性质,因此利用光子系统模拟拓扑性质的行为成为了新的研究热点。
  在量子局域性的背景下,Aubry-André or Harper(AAH)模型已经在理论上被广泛研究,可通约的拓扑非平凡AAH模型与不可通约的拓扑非平凡AAH模型都已经在一维的准晶体系统中被实现。基于高品质因子的回音壁微环共振器阵列,本文提出广义可通约AAH模型的量子模拟方案及其拓扑性质研究。本方案中每个回音壁共振器上放置了一个原子并且引进了通过波导连接产生的周期调制的次近邻相互作用,通过适当的选取参数,成功模拟出可通约AAH模型的拓扑性质并且获得了丰富的拓扑相图,在非对角AAH模型中存在拓扑非平凡的零能模,我们也讨论了二能带和三能带两种情况,在三能带情况下,同样得到了具有边缘模的能量本征值谱且具有非平凡的拓扑效应。此外,我们讨论了方案在实验上实现的可行性,数值计算结果表明利用目前的共振器耦合技术完全可以达到模型所要求的实验参数值,因此本文提出的方案在理论和实验上是可行的。
[硕士论文] 李频
物理学、理论物理 河南师范大学 2018(学位年度)
摘要:旋量凝聚体的自旋动力学是当前玻色-爱因斯坦领域的研究热点。最近,通过设计各种空间变化的磁场,许多非平庸的自旋条纹(即局域自旋的空间分布是不均匀的)被刻印在旋量凝聚体中。本论文主要研究了当没有任何外部驱动时,在自旋为1的凝聚体中产生的非平庸自旋条纹将会怎样地自发演化。
  任何一个自旋条纹都对应一个特定波函数,其满足Gross-Pitaevskii方程。可以通过对应波函数的演化来研究自旋条纹的动力学。对于非平庸自旋条纹来说,任何纯的初始自旋态在自发演化的过程中将不可避免的与其它自旋纯态混合。我们首先通过短时分析,证明了非平庸自旋条纹对应的自旋波函数应该由三个纯自旋态线性叠加而成,发现驱动自旋条纹演化的根源正是初始的非平庸自旋条纹本身。然后,通过由三个纯自旋态分别左投影到自旋为1的Gross-Pitaevskii方程上,我们解析地得到了描述非平庸自旋条纹自发演化的完整的流体动力学方程组。
  另外,受近期实验上实现了平底光学势阱的启发,我们采用变分法研究了弱磁场下囚禁在有限尺寸均匀势阱中的准二维自旋为2旋量凝聚体中极化核自旋涡漩的基态,得到了极化核涡漩的局域自旋的确切分布。有效的自旋-自旋相互作用同时正比于裸自旋相互作用和均匀势阱的半径,因此我们得到的极化核自旋涡漩可以容易地由势阱的半径控制。
[硕士论文] 朱宇
凝聚态物理 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:由嵌段共聚物自组装形成的介观晶体,其结构单元为大分子基团,基团之间的相互作用远小于硬物质中的分子间相互作用,因此是典型的软物质体系。软物质体系中,熵对自由能的贡献不可忽视,甚至比焓的贡献更重要,所以体系更容易受到热涨落和外场的影响。这一特性一方面增加了晶体结构中缺陷的产生概率,但另一方面,却为研究者提供了控制缺陷的可行方法,即通过调控外场来实现目标结构。缺陷,会破坏晶体结构的平移对称性,但这种破坏已经被证明并不总是有害的。通过设计成核条件来诱导实现非规则的晶体结构,也就是制备具有特殊缺陷图案的纳米结构,在半导体行业中具有潜在的应用价值。基于此,本论文采用基于含时金兹堡朗道理论的元胞动力学方法,研究多种受限体系下,利用异相成核使嵌段高分子自组装形成具有特定图案的稳态缺陷分布的动力学过程,并分析缺陷性质。
  论文的第一章和第二章分别介绍了研究背景和研究方法,研究方法中重点介绍了含时金兹堡朗道理论。在论文的第三章,提出了在二维介观晶体结构中设计缺陷图案的概念,这一概念的核心思想是利用异相成核产生不同取向的相区,然后在相区生长融合的过程中产生特定缺陷图案。为证实这一概念,考察了嵌段共聚物体系(AB两嵌段共聚物/C均聚物)在各种正多边形的横向受限体系中的成核分相和生长过程。模拟结果表明,在顶角与本体六角结构匹配的正多边形受限条件下可以获得无缺陷六角结构,例如正三角形和正六边形,相反,角度不匹配时,则会出现各种缺陷图案,如正方形、正五边形和正八边形。一般情况下,顶角角度不匹配的正多边形的边界能引起两种异相成核模式,分别是角诱导成核和边诱导成核。对于边诱导成核,其每条边都能独立诱导成核晶粒,形成和边的数量相等的径向线组成的放射状缺陷图案,且每条径向线指向顶点。对于角诱导,由于每个角上的成核晶粒的数量和方向取决于顶角的角度,所以,角诱导成核产生的缺陷图案更加丰富。对于正方形受限体系来说,在每个角上都会沿着密排面方向形成一个晶粒,方向随机,这意味着四个角上晶粒方向的不同组合会导致不同的缺陷图案,包括“+”、“∠”、“-”、“(])”等。在正五边形的受限条件下,六角结构会自动调整以适应不匹配的角而产生的拉伸或者压缩,导致晶粒在每个角的两侧都有一个密排面平面,从而在五个角上形成的晶粒相交会形成指向并且垂直于各边的径向线图案。相比之下,在正八边形受限体系下,六角结构被拉伸得过度偏离理想的120°,导致在角上分裂成两种晶粒取向,最终形成与边诱导同样的指向顶点的径向线缺陷图案。在第四章,探讨了各种图案中缺陷的性质,主要针对5-7缺陷对的间距进行了深入分析。通过对正五边形和正方形受限体系下多个样本中的缺陷进行统计发现,六角结构中特有的5-7缺陷对之间的间距与传统晶体的缺陷间距关系基本吻合。随后通过构建测试模型,对连续变化位向差的缺陷分布进行考察,发现缺陷间距同样满足该关系。这两章的研究结果,一方面说明了利用异相成核进行嵌段共聚物自组装的缺陷图案设计的可行性与正确性,另一方面也说明了这一技术可以向更广泛的领域进行推广。第五章给出了总结。
  本论文提出通过异相成核来构造目标缺陷图案的简单概念,并且在多边形受限下模拟了一些有趣的缺陷图案。基于这一概念,可以构造具有各种缺陷图案的非规则晶体结构,这可能在光/声子晶体以及纳米半导体刻蚀等领域具有潜在的应用价值。此外,从这个概念可以推广到其他晶体体系,对系统研究缺陷具有一定的理论指导意义。
[硕士论文] 林鸿宇
凝聚态物理 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:最近关于石墨烯谷相关输运性质的研究越来越受到人们的关注,石墨烯是一个没有能隙的二维单原子层材料,在费米能附近电子能带结构呈现两个狄拉克锥,第一布里渊区内有两个不等价的狄拉克点,即K和K’点,被称为两个谷。任何在K和K’之间的谷间散射的存在将导致谷退相干。由于谷间较大动量间距,平滑势散射不会引起谷间散射,在以前很多研究中谷间散射是被忽略的。但是,尖锐势散射将有可能引起谷间散射,例如方势垒和势阱这种突变势也会引起谷间散射,这种谷间散射可以引起谷极化。
  本文通过对二维周期性边界条件锯齿型石墨烯纳米带施加电势垒,研究对石墨烯中谷间散射的影响因素,通过考察各个参数对谷间散射的影响,从而控制谷间散射对谷极化率以及石墨烯的输运性质的影响。交错的势垒和势阱的数量和电势强度都会对K和K’谷间的反射概率差造成一定的影响,谷极化率会随着交错的垒阱个数的增大而增大,这是因为多个垒阱重复对于谷极化起到了积累的作用。由于改变势垒高度和势阱深度会使得谷间动量间距发生变化,因此同样会影响到谷极化率。由此可见利用方形垒阱这种突变势的确会产生石墨烯的谷间散射,因此,利用门电压产生的势垒和势阱结构产生的谷间散射可以得到电学可调的谷极化流,为石墨烯输运性质方面的研究提供新的探究方向。
[硕士论文] 范文亮
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:嵌段共聚物以及聚合物混合体系能够自组装形成许多新奇的结构,然而这些聚合物在均质基板或本体中往往形成高度无序的纳米结构。受限环境在相分离的过程之中饰演了不容忽视的角色,它能够改变本体自组装相行为。因此我们可以通过改变外部环境实现对自组装过程可控的目的,这样一来通过嵌段共聚物的定向自组装便会出现用途更加广泛的纳米材料。不同的受限环境能够诱导嵌段共聚物形成各种各样有趣且新颖的相形貌,这些结构在纳米技术应用方面有广泛的应用前景,例如:高密度媒体存储、纳米刻蚀、光子晶体等。为了能够有效地改善受限表面特性,我们可以在受限表面接枝嵌段共聚物或均聚物来实现这一目的。在本文中,我们运用自洽场理论,讨论了两嵌段共聚物及其与均聚物的混合体系在不同几何形状的软受限情况下自组装。
  首先,我们研讨了AB两嵌段共聚物受限于交替接枝两种不同性质的聚合物刷平行板间的相行为。考虑了嵌段共聚物对称性、聚合物刷接枝周期、聚合物刷体积分数、平板间距以及AB嵌段间的相互作用参数对体系相形貌的影响,获得了四角柱状与六角柱状的交替相、四角柱状与八角柱状的交替相、平行的斜层状相以及弯层状相等结构;同时发现,接枝周期性混合刷有利于减少体系无序相的产生,并且较小周期的聚合物刷体系有利于六角柱状相的形成;在一定条件下,通过调节聚合物刷体积分数能够实现由水平层状到垂直层状的转变,这对纳米平板制造具有重要的意义;随着平板间距的减小,也获得了从水平层状到垂直层状的转变。
  其次,我们利用均聚物对圆孔进行化学修饰,将AB两嵌段共聚物和星型均聚物的混合体系放置于其中进行自组装。均聚物与B组分存在排斥作用。对于对称嵌段共聚物,当增加均聚物体积分数或聚合物刷体积分数时,体系结构的整体转变趋势为:先是发生了层柱状数目的减少,然后形成了胶束状结构。当A嵌段体积分数Fa=0.7时,体系结构均为柱状相,当增加均聚物含量时,体系结构由四层柱状相→三层→两层→一层。当fA=0.6,在不同的均聚物含量或不同聚合物刷体积分数情况下,体系自组装结构实现了多种新颖结构之间的转变。同时我们通过构建三角相图,整体上研究了φH,φAB以及φbr三者对体系相形貌的影响。
  本文所提出的调控共聚物结构的新方法以及获得的新颖结构,能够对新型功能材料的设计提供一定的指导。
[硕士论文] 阮超
凝聚态物理 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着纳米器件尺寸的不断减小,纳米材料的尺寸效应、相稳定性等性质研究逐渐成为研究讨论的热点。而铁氧体作为纳米材料中重要的研究对象,更是因为其广泛的实际应用,具有更高的研究价值。本论文中,通过制备从纳米至微米级别一系列不同尺寸下的α-Fe2O3纳米结构作为研究对象,利用综合物性测量系统对样品的热学性能、磁学性能进行了较为系统的研究。除此之外,也对α-Fe2O3纳米材料的结构形貌对应用于锂离子电池负极材料上的影响作了详实的研究。本文的主要研究成果如下:
  (1)我们通过水热法合成了一系列尺寸的单晶α-Fe2O3纳米立方块体。在高真空(9.5×10-6 Torr)下通过920K之前的磁学性能的测量表明,单晶纳米颗粒随着其尺寸的减小,其热稳定性逐渐降低,对应的相转变点由~850nm的729K转变温度减小到~40nm的609K转变温度。而且,我们通过引入焓值的理论来有效地支持并解释这一实验结果。
  (2)我们测量了该系列α-Fe2O3纳米结构在上述相转变点前后的磁学性能。实验结果发现,对于α-Fe2O3纳米立方块体,随着尺寸的减小,其矫顽力、剩磁值都逐渐降低,整条磁化曲线呈缩小趋势,即表明更小的纳米尺寸可以在反复磁化/去磁过程中有效地减小能量损失。而对于相变后的铁氧体纳米颗粒,其饱和磁化强度随着样品尺寸的减小而显著增大,并且我们通过进一步的 RIR算法,半定量的计算出相变过程中的转变量。另外,我们对纳米尺寸下的样品,测量了其不同尺寸的 Morin转变温度的影响,进一步支持了前人的结论。
  (3)我们以铁氧体作为本次的研究对象,通过调节实验参数,有效的调控合成了一系列直径在~100nm左右,长度由100nm~`600nm的空心环结构样品。结果发现,随着样品结构尺寸的缩小,其首次充放电容量会呈现逐渐增大的趋势。对于100nm尺寸的样品,0.1倍率下可达到1200 mA h g-1;而随着尺寸的增加,同样倍率下其首次放电容量降至约800mA h g-1。在充放电循环稳定性方面,其性能的表现却并未和结构尺寸大小呈单调性关系。对于这一结果,我们理解为随着样品尺寸的减小,其比表面积增大,促使电极材料与电解液具有更好的接触,从而增强了 Li+的迁移率;但与此同时,更大的电极材料与电解液接触面会导致 Li+在充放电循环的镶嵌/脱嵌过程中有效利用率降低,从而导致随着充放电循环的持续,性能衰退更为严重,循环稳定性变差。
[硕士论文] 丁欢达
凝聚态物理 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:在这篇文章中,我们采用 Langevin动力学(LD)模拟的方法,研究了在良性溶剂中,带电聚电解质刷对外加电场的响应,计算总电场分布、作用在带电单体的电场力大小及其分布规律。
  我们分别对较低接枝密度和较高接枝密度的聚电解质刷在不同的外加电场下进行了研究。研究发现,聚电解质刷的平均高度在负的外加电场下(拉伸作用)变化比正的电场下(压缩作用)变化更为明显,聚电解质刷在较低的接枝密度下对电场响应较为明显,高接枝密度下变化极小,而末端带电量的多少对刷子高度的影响并不大。在较强的负外加电场下,低接枝密度聚电解质刷,末端带电单体分布会出现较为明显的两个峰,且受末端带电量影响。另外,反离子在电场中的分布也会出现双峰,以平衡在外加电场作用下,带相反电荷的极板。
  利用分子动力学模拟计算得到的带电单体的分布和反离子的分布,通过解一维泊松方程可以进一步得到在Z方向上的总电场分布,我们发现,外加的均匀电场在系统内部的带电粒子影响下,最终形成了与均匀电场完全不同的总电场分布,在某些区域,电场几乎消失。此外,我们还统计了作用在带电末端单体上的总电场力的分布,随着末端带电量的增大,对末端带电单体的平均电场力增大,力的分布范围变宽。
  以上这些发现证明了电场力可以用来研究接枝聚合物,对单一聚合物力学有深远的影响。
[硕士论文] 曾绍龙
凝聚态物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,磁性隧道结的相关实验和理论研究显示,无论是FM/I/SF/NM(铁磁层/绝缘层/自旋过滤层/普通金属层)单自旋过滤隧道结还是NM/SF/I/SF/NM(普通金属层/自旋过滤层/绝缘层/普通金属层)双自旋过滤隧道结,除了能得到极大的隧穿磁电阻以及自旋极化电流以外,还能克服普通的磁性隧道结中隧穿磁电阻随偏压升高而急剧下降的缺点。鉴于自旋过滤结潜在的应用价值和在自旋极化隧穿研究方面的意义,本文在前人研究的基础之上,进一步对两种自旋过滤隧道结中的隧穿时间进行了研究。首先本文介绍了磁性隧道结和隧穿时间相关的研究背景.然后基于Winful,以及Guo等人的研究,对单、双自旋过滤隧道结中的自旋相关的居留时间和相位时间进行了计算。计算发现对于FM/I/SF/NM隧道结,当入射电子的能量高于势垒高度时(高能区)上自旋电子和下自旋电子的居留时间和相位时间趋于一致,而当入射电子的能量小于势垒高度(低能区)时,由于自旋相关的自相干项的影响,不同自旋方向的电子相位时间总是大于居留时间。其中对于上自旋电子居留时间和相位时间差距明显,并且这种差距随绝缘层,自旋过滤层的宽度和高度增大而增大到趋于不变,而对于下自旋电子相位时间和居留时间差距不明显,但对于不对称势垒的情况(I层和SF层势垒高度不同),该差距会随自旋过滤层的宽度,高度,和分子场的增大而增大。对于NM/SF/I/SF/NM隧道结,上下自旋电子的居留时间和相位时间的特点和单自旋过滤隧道结的情况类似,但当改变自旋过滤层和势垒层的势垒高度时,居留时间和相位时间会出现峰值,其原因是由于自旋极化电子的共振隧穿造成的。上述研究希望对将来基于自旋极化隧穿效应的自旋电子器件的研究起到一定的帮助和作用。
[博士论文] 彭军
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的进步和社会的发展,电子器件朝着小型化和高度集成化的方向发展,不过原理性的物理限制和技术上的工艺限制,使传统的以硅、锗为基础的微电子器件遇到了前所未有的挑战。科学家们把目标瞄向体积更小的分子身上,其中有机分子具有很多良好性能而被广泛研究。本文选取分子尺度体系作为研究对象,采用了第一性原理计算方法,研究了石墨烯纳米带、硼氮纳米带、有机小分子和石墨炔纳米带的电子输运性质。具体从以下几个角度进行系统研究:中心原子替代掺杂与电极-分子的接触类型对有机小分子自旋过滤效应的影响;不同边界类型对石墨烯纳米带与硼氮纳米带构成的异质结整流行为的影响;边缘修饰对石墨炔纳米带整流及自旋过滤行为的影响;门压对基于场效应的有机单分子开关行为的调控等。主要研究内容分为以下几部分:
  研究了中心原子替代掺杂的sa lophen单分子与金电极构成的分子器件的自旋电子输运性质。在所采用的一系列作为中心替代原子的过渡族金属中,只有中心原子是 Co原子时才观察到明显的自旋过滤效应,且自旋向下的电子在电导中占主导地位。进一步研究还发现,分子自身与电极的连接位置也是影响器件自旋电子输运性质的重要因素。分子与电极的连接位置发生微小改变,也会改变器件的自旋电流大小,从而实现对器件传导性的调控。
  研究了宽度和边界类型对石墨烯与硼氮构成的异质结(BNC)的电子输运行为的影响。计算结果表明,异质结的宽度对其整流特性几乎没有影响;而不同的边界类型对异质结整流特性影响显著。异质结中,当石墨烯中的碳原子全部与硼氮纳米条带中的氮原子相连接时,有限偏压下的最大整流比可以达到107。前线分子轨道在正偏压时空间扩展程度的强烈局域,导致正负偏压下偏压窗内输运系数的不对称分布是整流现象出现的原因。还研究了边缘完全不钝化时,边界类型对 BNC异质结自旋电子输运性质的影响。观察到了完美的自旋过滤效应和磁致电阻率达到107%的磁致电阻效应。
  研究了对称和不对称边缘氢化的锯齿形?石墨炔纳米条带在外加磁场调控下的自旋输运性质。计算结果表明,边缘全部双氢化构型(D-D)在偏压达到一定值之前一直表现为绝缘体特征;而纳米带的左/右两半分别单氢/双氢化构型(M-D)呈现整流特性,且与外加磁场方向无关;边缘全部单氢化构型(M-M)在外加磁场调控下,能实现从导体到半金属性的转变,进一步分析表明这取决于边缘全部单氢化的?石墨炔,其能带结构中π和π*子带是否匹配。这些结果表明,通过不同的边缘氢化及外加磁场调控,锯齿形?石墨炔纳米条带器件能够被设计成多功能的分子自旋电子器件,这对进一步提升原子级电路的集成度有非常重要的意义。
  研究了单个Dibenzo[d,d′]thieno[3,2-b;4,5-b′]dithiophene分子(DBTDT)与金电极构成的三端分子器件的电子输运行为,重点考察外加门压的影响。从计算结果来看,器件的电子输运性质受外加门压的影响很大。门压引起了最高占据态分子轨道(HOMO)向费米能级(Ef)移动,导致了HLG的减少。然而,正、负门压对器件电子输运的作用却截然相反。施加正门压,对器件的电子输运能力起促进作用;施加负门压正好相反,会减弱器件的电子输运能力。正因如此,分子器件在高导态与低导态之间的转换,可以通过门压来调控,从而实现其分子电流的开关功能。这些计算结果将有助于理解真实情况下分子器件的电子输运过程。
[硕士论文] 何开宙
凝聚态物理 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:运用密度泛函理论研究了M(Li,K)替代NaMgH3体系中部分Na后对体系电子结构和放氢热力学性能的影响。计算了M掺杂后体系的形成焓,发现形成焓为负值,表明体系在热力学方面结构是稳定的。研究了掺杂体系4条可能的反应路径,得到掺杂体系最有利的放氢路径。对比反应焓结果,发现Li替代部分Na后降低了体系的反应焓,改善了体系的放氢热力学性能,而K掺杂体系的反应焓变化不明显。进一步计算随着Li掺杂浓度的增加体系反应焓的变化,发现反应焓数值的绝对值逐渐减小,说明NaMgH3掺杂体系的热力学性能逐步改善。最后计算了体系的声子谱,发现体系Li的掺杂量不超过50.00%。
  分别研究了C和Si原子掺杂对MgH2(110)表面结构和体系放氢性能的影响。通过计算表面结构的能量随层数的变化,获取9层作为合理的表面结构。计算了MgH2(110)表面C和Si原子在2种掺杂位置的占据能,发现Si原子掺杂优先占据间隙位置,C原子掺杂优先替代表面Mg原子位置。研究了MgH2(110)表面外3层 H原子的脱附性能,发现Si掺杂间隙位置和C替代Mg原子位置的放氢能均比未掺杂体系同位置的放氢能要低,说明Si掺杂间隙和C替代Mg原子位置都有利于H原子的脱附。同时Si间隙掺杂比C替代Mg原子位置的放氢能低,说明Si掺杂体系H原子的脱附效果比C掺杂好。
  最后研究了N2H4分子与氟化石墨反应得到石墨烯的反应过程。计算发现N2H4分子插入到氟化石墨层间使层间距增大,层间的相互作用减弱,因此氟化石墨极易变为氟化石墨烯结构。研究N2H4分子与氟化石墨烯反应,考虑两种反应方式:一种为N2H4分子中的4个H原子依次攻击氟化石墨烯,计算发现N2H4分子发生还原反应的反应能垒值比置换反应低,给出了最低反应能垒的反应路径为N2H4(还原反应)→N2H3(还原反应)→N2H2(还原反应)→N2H(还原反应)→N2。反应后N2H4分子解离为N2分子,同时氟化石墨烯中F原子被N2H4分子中的H原子还原出去结构转变为石墨烯结构。另一种为N2H4分子中2个-NH2基同时与氟化石墨烯反应,反应后N2H4分子变为N2,此时的氟化石墨烯表面被氢化,但是该过程初始需要较大的反应能垒,表明该过程不易发生。所以,N2H4分子与氟化石墨烯反应,氟化石墨烯会被还原为石墨烯结构。
[硕士论文] 杨松霖
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:表面等离激元(SPPs)作为一种非常特别的电磁波,其特征鲜明,具有广泛的可适性。同时,表面等离激元是入射光子与金属表面自由电子相互作用形成的非辐射电磁模式。而表面等离激元其中最基本的特征参数有:波长、传播长度及穿透深度。特征参数能够集中反映表面等离激元的基本特性,因而表面等离激元的基本特性对于研究是大有裨益的,因而它是实现表面等离子体激发、应用以及对其控制时用于参考的重要参数。目前,如何实对现纳米尺寸上表面等离子体的有效调控成为该领域研究者关注的热点。而新型的谐振腔结构被广泛研究。
  提出了一种新型基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的谐振腔结构,并通过完美的等离子体诱导吸收(PIA)效果的简单子系统实现,由两个矩形腔侧耦合到金属-绝缘体-金属的波导与障碍。其次通过时域有限差分(FDTD)方法来计算系统的传输特性和理论解释的三能级表面等离激元系统。本文提出并实际求证,宽带吸收窗口将被拆分为双窗口并添加一个矩形谐振腔,同时其物理机理也将被呈现。而与此相关,多开关效应也被发现。研究显示,所提出的新结构具有潜在的应用在高度集成的光电路,可以简单地制造。研究同时表明,取得完美的等离激元化致吸收在由两个矩形腔简单的子系统中可以实现。明亮的谐振器,它可以被金属-绝缘体-金属波导耦合;而暗谐振器,因为它不能被激发的金属-绝缘体-金属波导所耦合。然而,暗模式可以通过明亮的模式,通过近耦合来激发。明亮和暗模式之间的破坏性干扰在本文所提出的结构导致了完美的等离激元化致吸收效应。研究发现,原来的宽带吸收窗口可以分为双窗口添加一个矩形腔。综上考虑此金属-绝缘体-金属(MIM)波导的谐振腔结构,显然,所提出的简单结构在高集成度光路的光开关、滤波器和分光器中具有潜在的应用前景与其它谐振腔结构相比,此结构更具加简洁,功能多样化。
  提出了一个新颖紧凑的由单个切口和一个纳米圆盘组成的等离子体波导系统。其中单切口波导直接耦合,纳米圆盘进行间接耦合。与以往进行比较,Lai等人的双纳米圆盘系统的结构,本文的结构耦合系数更高,品质因子更大。利用理论解析和数值模拟的方法探究了由单切口和纳米圆盘组成的波导系统中类电磁诱导透明光谱反应。结果表明单切口实现的直接耦合和圆盘实现的间接耦合都可引起等离子体诱导透明光谱反应。通过实现FP腔,得到较高品质因子Q的结构,并通过对其几何参数的改变,来改进结构的优越性。进而研究温度的影响来实现基于金属-介质-金属(MDM)结构等离激元诱导透明效应的温度传感器的设计。耦合模理论与F-P模型均与FDTD数值模拟吻合较好。因此本文研究认为,等离子体波导系统可能在纳米光学开关,等离子体传感器和慢光设备高度集成光学电路方面有潜在的应用。
[硕士论文] 王雅昕
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着纳米技术的发展,人们可以精确地操控单个原子和分子,各式各样的金属纳米结构随之产生,这些纳米结构的尺寸最小可以达到几十纳米,这为人们研究金属纳米结构体系中的等离激元提供了更多的可能。表面等离激元是一种集体振荡模式,是金属表面的自由电子在外场作用下发生共谐振荡而产生的。表面等离激元在动态电荷的积累、突破衍射极限、局域场增强等方面表现出了独特的性质,这种由纳米结构边界维持的集体振荡在能源、生物医学、光学、化学等多领域当中都具有非常广阔的应用前景。除此之外,通过改变纳米团簇的微结构也能够调控等离激元的激发性质,包括改变纳米结构的尺寸、形状、电子填充数,化学组成以及周围环境等等。本论文利用无规相近似方法研究了掺杂的方形原子点阵体系中等离激元的激发,该体系中的电子利用紧束缚模型描述。本文主要通过能量损耗谱和外部电场引起的诱导电荷密度分布图像研究和分析杂质对方形原子点阵体系中等离激元激发的影响。具体而言,主要做了以下几个方面的研究:
  (1)基于无规相近似方法,推导了掺杂的方形原子点阵体系的电荷集体振动方程、能量损耗函数。为研究杂质对原子点阵体系中等离激元激发性质的影响提供了一个有效的方法。
  (2)通过能量损耗谱及诱导电荷密度分布研究了方形原子点阵体系中杂质对等离激元激发的影响。发现当体系加入杂质后,体系中将会产生新的等离激元,同时外场引起的诱导电荷密度分布将发生改变。
  (3)为进一步研究杂质对等离激元激发的影响,我们通过能量损耗谱分析了杂质的不同参量对等离激元的影响,包括杂质的能级、主原子与杂质间的跃迁矩阵元、杂质与杂质间的跃迁矩阵元、杂质与主原子之间的库仑相互作用以及杂质与杂质间的库仑相互作用等杂质参量。发现所有的杂质参量都会引起能量损耗谱的混乱。其中不同的杂质能级会使能量吸收谱变得混乱,等离激元的激发频率发生不同程度的蓝移或红移,发生蓝移或红移主要取决于杂质在原子体系中的位置;主原子与杂质原子之间的跃迁矩阵元的变化会导致等离激元的激发频率发生移动,然而杂质与杂质之间的跃迁矩阵元的发生变化时,能量损耗谱几乎不发生改变,这是由于该参量只与杂质本身有关;除此之外,我们还讨论了杂质与主原子间的库仑相互作用、杂质与杂质之间的库仑相互作用以及杂质原子库仑势对等离激元激发的影响。
[硕士论文] 张炯
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:量子化困难是量子物理中的一个基础性问题。仅仅对于没有算符次序问题的系统来说,狄拉克的正则量子化假设提供了一个有效的规则。当粒子局限在二维曲面上的运动时,会碰到复杂的算符次序问题,如何实施量子化就是一个很严重的问题。本文将研究二维曲面上运动粒子的量子化问题。
  对于二维曲面上运动粒子的量子力学,有一个成熟的方案如下:先假定曲面不是一个几何面,而是有一定厚度的薄层,然后在这个薄层中写下薛定谔方程,接着再让厚度趋于零,就可以建立一个曲面上粒子运动量子力学的有效理论。这个时候,可以发现动量为几何动量,而粒子的哈密顿将多出一项几何势能。几何势能已经获得实验的验证。接下来的问题就是:直接在曲面上,如何利用狄拉克的正则量子化假设来给出合理的量子化结果。
  本研究主要分三部分。
  第一部分,简单回顾了约束体系量子化及其研究历史。首先介绍了Dirac正则量子化方案,限制势能技术以及几何动量和几何势能的导出,然后介绍了扩张型的正则量子化方案(Enlarged Canonical Quantization Scheme,简称为ECQS)理论框架、基本内容、基本性质等。ECQS就是要将三大基本对易关系进行扩张,同时实现位置X、动量P和哈密顿H的量子化。
  第二部分,介绍了哑因子的技术的来历,以圆柱面作为例子引入了两种不同的哑因子技术。在ECQS框架下继续用这一技术处理了圆环面、二次曲面以及一般的二维曲面,求解其封闭形式解,同时实现了在一般二维曲面中几何动量和几何势能的共容。
  第三部分,研究了隐函数曲面F(x,y,z)=0上的量子化问题。探究了隐函数曲面在笛卡尔坐标下的几何动量以及动量运动方程量子化,进而运用第二种哑因子技术分析了漏斗面和双钮面,我们发现能在一些比较特殊的高次曲面上得到粒子动量运动方程量子化的封闭形式解。具体来讲,我们在漏斗面上得到了三个方向的精确解,在双钮面上得到了x方向上的精确解,在其他两个方向上也给出了对应的偏微分方程。
  本研究表明,哑因子技术可以为二维曲面上运动粒子的量子化问题提供一个普适的解决方案。同时,这个方案并不完美,暗示着有更好的方式可以来解决这个问题。
[硕士论文] 付广来
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:表面等离子体又叫做表面等离激元(SPPs),是入射光子在金属和电介质表面与自由电子相互作用而形成的一种混合振荡模式。由于SPPs可以克服传统的衍射极限并将光局域在纳米尺度范围内,因此,其非常有利于设计亚波长尺寸的光子器件。有趣的是,研究者们发现石墨烯同样支持SPPs波。石墨烯等离子体已经在理论和实验上得到广泛的研究。石墨烯是太赫兹到中红外光谱范围中最有潜力的等离子体超材料,与金属等离子体相比,石墨烯等离子体具有更强的局域性,更长的相对传播距离和更好的可调控性。
  等离子体诱导透明(PIT),一种类似原子系统电磁诱导透明现象,已经被证实能够在石墨烯结构中实现。近年来,这些主动可调系统已经引起了研究者们的广泛的关注,因为它在集成光子电路,包括慢光器件,等离激元开关和光学传感器等领域具有广阔的应用前景。本论文中采用时域有限差分方法,设计并研究了几种石墨烯结构去实现PIT效应。主要工作内容以及结果如下:
  使用两个平行的石墨烯纳米带在中红外区域实现了PIT效应。两个明模式之间的弱杂化导致新颖的PIT光学响应。我们可以通过改变石墨烯纳米带的几何参数来控制PIT系统的性能。同时,通过门电压改变石墨烯纳米带的费米能量,而不是重新制造纳米结构,可以动态调谐透明窗口的共振频率。此外,在所提出的纳米结构中,可实现高灵敏度传感应用,其品质因数值高达12。我们提出的基于石墨烯的PIT系统可以为开发诸如可调谐传感器,转换器和慢光器件的集成元件开辟新的途径。
  在由石墨烯带和石墨烯盘构成的石墨烯系统中实现PIT效应。有趣的是,PIT透明度窗口不但可以通过改变两个谐振腔的间隙距离而且可以通过改变入射光的偏振角来实现来调制。我们使用三能级系统解释PIT效应的形成机理,分析结果与数值计算结果表现出很好一致性。此外,可以通过改变石墨烯的费米能量来动态地调整PIT谐振波长和入射波的群延迟。
  我们提出了一种基于石墨烯双环谐振腔的超紧凑结构,以实现等离子体诱导吸收效应(PIA)。我们利用时间耦合模式理论来验证仿真结果。我们的系统可以实现高达-1.2 ps的群延迟效果。此外,双耦合石墨烯环可以非常方便地用于设计等离子体诱导透明微纳结构,并获得突出的慢光效应。通过调整石墨烯纳米结构的几何参数和费米能,可以非常方便地调谐PIA和PIT共振。
[硕士论文] 于大明
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:21世纪的人类已经步入了高速信息化时代,而光子替代电子成为信息的载体已成为光通信器件的必然发展趋势。随着纳米技术的飞速发展,一些传统光学极限被克服,这为高速集成化、小尺寸光学器件的发展奠定了基础,而表面等离子体激元就是其中的典型。它能将电磁波束缚于金属表面,并在纳米尺度上对电磁波的传输进行操控。作为支持表面等离子体激元传输的光学结构,金属-介质-金属波导具有能量损耗低、纳米尺度的高光场限制性、几十微米的传播距离、结构相对简单以及便于加工制作等优势而得到了极大的关注。本文基于金属-介质-金属波导中表面等离子体激元的传输和相互作用,利用时域有限差分方法对构建的光子器件中的等离子诱导透明机理和应用进行深入地探讨。主要工作内容以及结果如下:
  在中红外频率附近在含有直角槽和矩形穴的表面等离激元(SPP)波导结构里实现一个等离子体诱导透明(PIT)现象。放置在金属包层一边的直角槽和矩形穴谐振腔分别被用于获得典型明-暗模式波导里的明模式和暗模式。波导的等离激元诱导透明透射谱由明和暗模式的相消干涉产生了,诱导透明峰可以通过调节明和暗谐振腔的几何尺寸以及它们之间的耦合距离操控。紧接着,基于等离激元诱导透明结构的谱线劈裂被数值上和理论上研究了。模拟结果表明,通过增加另外一个矩形穴,双电磁诱导透明类似物(EIT-like)出现在宽带透射谱中,相应的物理机制也被呈现了。我们的新颖的等离激元结构对高集成光学回路里新的设计和工程铺平了道路,例如,纳米尺寸光学开关、纳米传感器以及波选择结构。
  首先在含两个直角槽的结构里实现了基于解谐原理的类似电磁诱导透明共振行为。然后,基于明谐振腔和暗谐振腔耦合原理的类似电磁诱导透明共振行为在含有一个直角槽和一个矩形穴的结构里实现了。最后,基于解谐和明-暗谐振腔耦合原理的双类似电磁诱导透明共振行为在一个非对称的等离激元波导谐振系统里被实现了。这个系统由两个直接耦合到金属-介质-金属(MIM)波导的直角槽和一个矩形穴组成。此外,双类似电磁诱导透明共振行为的可调性被研究了,结果表明,双类似电磁诱导透明共振行为可以通过改变矩形穴的长度或者填充在两个直角槽里的介质折射率独立可调。
  在等离激元波导谐振系统里取得一个基于明-暗耦合物理机制的等离激元诱导吸收(PIA)效应。边耦合到金属-介质-金属波导的矩形穴被看作明模式,耦合到矩形穴的环被看作暗模式。系统的透射性质通过时域有限差分(FDTD)法模拟,通过三能级原子系统理论解释。等离激元诱导吸收窗口在水平和竖直方向分别可调。此外,通过增加另外一个边偶合的矩形穴,原来的宽带吸收窗口可以被劈裂成两个窄带吸收窗口。
[硕士论文] 许梦娟
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:UN2是重要的核燃料之一,具有良好的热学特性。同时,它也是事故容错材料之一,和传统上的氧化物核燃料相比,铀氮化合物燃料有更高的热导性,高熔点和高密度,非常适合做未来高温反应堆燃料,在能源方面得到了世界范围的重视。在大气环境 UN2中与 O2,H2和 H2O等气体接触,从而有可能会发生氧化还原反应,腐蚀其性能。因此,如何有效地储存材料,阻隔其与大气中的腐蚀气体发生反应显得尤为重要。本文从理论角度应用第一性原理方法,模拟计算了 UN2表面与 O、H、O2、H2、OH和 H2O可能发生的吸附反应,计算了各种吸附质在不同吸附位置的吸附特性,以及电荷转移,差分电荷密度等。
  本工作利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了 UN2与一系列原子和分子之间的相互作用。研究计算了各原子、分子在 UN2表面的不同吸附位置和不同吸附方式的吸附过程,得到了各原子和分子在表面最稳定吸附构型及与之对应的最强吸附能。计算研究结果表明,O原子的最稳定吸附位置是bridge位,对应的最强吸附能为-5.08 eV。H原子的最稳定吸附位置也是 bridge位,对应的最强吸附能为-0.49 eV。采用第一性原理密度泛函理论和计算扩散势垒 CI-NEB方法,我们计算了O和 H原子在表面的扩散过程,并利用 Bader电荷分析方法计算了 O和H原子的电荷转移情况。对于 O2分子在表面的吸附,初始水平放置的 O2分子,最终都会发生完全解离。其中初始水平放置在 hollow位的方式对应的吸附能最强,为–10.21 eV。其末态结构中,两个O原子分别稳定吸附在两个邻近的bridge位上。而在所有的吸附位置上的垂直放置方式中,O2分子都未发生解离。对于 H2分子在表面的吸附, H2分子和表面的相互作用十分微弱,只是物理吸附,甚至发生了脱附。对于 OH在表面的吸附,所有位置的水平吸附初始放置方式,都会弛豫到同一种稳定的末态结构:以O原子为吸附端垂直吸附在 bridge位。这种方式也对应最强的的吸附能,大小为-5.73 eV。对于 H2O在表面的吸附,我们研究了 H-parallel,H-up,H-down和 H-up-down四种放置方式的吸附特性。H2O分子与表面的相互作用比较弱,而且没有发生解离,不同的吸附位置和放置方式会导致吸附能发生较大的变化,其中有三种方式的最终稳定结构相同,同时也有最强的吸附能为-0.69 eV。
[硕士论文] 刘野
凝聚态物理 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:病毒粒子进入细胞最重要的方式便是受体介导的内吞作用,即病毒粒子表面的配体与细胞膜上的受体发生特异性结合。受体-配体结合是实现纳米药物粒子内吞过程的主要途径。实验表明,病毒粒子的内吞速率与其尺寸及形状有关。受体-配体尺寸效应和排空效应影响病毒粒子与生物膜之间的相互作用,同时,对于存在两者之间的小生物粒子尺寸具有选择性。尽管实验研究揭示了尺寸和形状对内吞效率的影响,但纳米粒子大小及形状与相关生物参数特定关系的物理机制尚不清楚。因此,定性理解以及定量研究病毒粒子入侵细胞的内吞过程,对设计合理的以治疗为基础的生物纳米粒子和诊断剂具有重要的科学意义和现实意义。近年来,人们提出了多种基于热力学和动力学的理论模型,探究受体介导的内吞作用机制。但仅限于简单地描述纳米粒子的几何形状和它的内吞速率之间的关系,并没有充分考虑受配体尺寸和排空效应对细胞内吞影响的机制。
  本研究基于热力学和动力学的理论,本文提出一个扩展分析模型,主要针对受配体尺寸和排空效应,深入讨论粒子形状为柱状情况下的内吞机制,搞清楚病毒粒子半径尺寸、形状因子、受配体尺寸与内吞效率之间的关联;以及排空效应对内吞过程的影响以及受体-配体尺寸效应与排空效应的竞争关系等;并试图通过该理论模型寻找决定病毒粒子与细胞相互作用最优尺寸的因素。结果表明:受配体尺寸效应和排空效应显著影响病毒粒子的内吞过程。通过受体扩散的热力学和动力学分析,构建纳米粒子半径-形状因子平面上内吞速率的相图,由此可理解扩散长度对受体-配体尺寸与排空效应的依赖性。对于小的形状因子(长度与半径的比值),扩散长度随着细胞环境中小生物颗粒浓度的增加而降低,对于大半径R和高浓度小生物颗粒的内吞速度则依赖于(2r-δ)关系,柱状生物粒子内吞过程的耗时也依赖其形状因子;并得出了受配体尺寸和排空效应相互关联及控制纳米粒子内吞作用的最佳条件。这些结果可以对设计治疗性药物递送的纳米粒子和诊断剂作一定的参考。
[硕士论文] 晏寒
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,电流驱动磁畴壁运动的研究吸引了越来越多人的关注。2008年 IBM的Parkin提出赛道存储器的概念,由于其潜在的应用价值,许多研究者开始从事这方面的研究。目前,关于赛道储存器的研究,已经从自旋转移矩驱动畴壁运动的研究,向自旋轨道矩驱动畴壁运动的研究转变。而由于自旋-轨道矩对于未来磁性器件的重要性,本文主要从以下三个方面进行了研究:磁畴壁运动中高阶自旋-轨道矩的作用;倾斜电流产生的自旋-轨道矩驱动的手性畴壁运动;平面磁各向异性结构中自旋-轨道矩驱动的手性畴壁运动。
  研究中,本文采用集体坐标的方法,以 Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程为基础,利用Walker试探解,系统地分析研究了磁畴壁的运动过程。
  首先,在高阶自旋-轨道矩的研究中,我们发现了在电流沿着平面易轴和电流垂直于易轴、易轴垂直薄膜的情况下,畴壁运动的方向取决于畴壁的构型和手性。特别是,畴壁运动的方向可以利用最初的畴壁手性来控制。所以,只要涉及到自旋-轨道机制,我们可以采用电流沿平面易轴的方案去提高速度和控制畴壁的方向,同时,我们也发现在自旋-轨道矩的某些参数区域Walker崩溃能够被避免。
  其次,我们在倾斜电流产生的自旋轨道矩驱动手性畴壁运动的研究中,发现了倾斜电流在控制畴壁运动的方向上更灵活。
  最后,我们在平面磁各向异性结构中自旋-轨道矩驱动手性畴壁运动的研究中,发现了在低电流区域畴壁的极化存在一个转换,而在高电流区域中畴壁运动速度的增加与Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的强度成正比;DM相互作用的存在使得畴壁能保持可持续性的进动。更进一步的发现是, DM相互作用使得邻近的畴壁拥有同样的手性和同样的运动方向。
[硕士论文] 冯乐
凝聚态物理 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:相变和临界现象是物理学中充满难题和挑战的领域之一,它们可以通过各类统计晶格模型来进行研究,这些模型包括Ising模型、XY模型、O(n)圈模型和立方圈模型等。不同的模型又可以通过相变的普适性联系起来,比如二维正方晶格上O(n)圈模型和立方圈模型在0n2时具有相同的普适性。我们在传统伊辛模型的配分函数中引入一个额外的集团权重从而得到了含集团权重伊辛模型,同时,在二维晶格中,含集团权重伊辛模型与O(n)圈模型或立方圈模型是等价的,但是在三维晶格中这些模型是否具有相同的普适性仍然不清楚。为了模拟三维含集团权重伊辛模型并探究其普适性,我们结合着色技巧和Swendsen-Wang算法设计了一种高效的集团算法。
  相变可以分为经典相变和量子相变两大类。含集团权重伊辛模型相变是经典相变,此外我们还研究了量子相变。玻色子是自然界中的一种微观粒子,在光学晶格上它可以实现玻色-爱因斯坦凝聚,而且存在丰富的量子相,如超流相和超固体相。超固体是一种同时具有对角长程序和非对角长程序的相。近年来,人们对超固体的研究有了很大的进展,比如单层三角晶格上硬核玻色子系统中发现的超固体,双层晶格上的配对超固体相,三角晶格中配对隧穿超固体相,f波超固体相和分子超固体相。我们运用可靠的有向圈随机序列展开量子蒙特卡罗方法研究了三腿梯子上硬核玻色-哈伯德模型,与文献[J Phys Soc Jpn.83,064003(2014)]中运用集团平均场和密度矩阵重整化群方法得到的多层三腿梯子上玻色-哈伯德模型基于z方向密度交错排布的超固体相进行对比。
  本文的主要内容如下:
  第一章,介绍了相变和临界现象以及含集团权重伊辛模型和玻色-哈伯德模型的研究背景,给出序参量、普适性和超固体等相关概念。
  第二章,介绍了蒙特卡罗方法,包括经典蒙特卡罗方法和量子蒙特卡罗方法。介绍了两种方法的理论基础、基本思想和模拟步骤等,统计物理中几种常见的算法(Swendsen-Wang算法、着色算法),给出了含集团权重伊辛模型和硬核玻色-哈伯德模型的集团算法和物理观测量。
  第三章,我们运用一种高效的集团算法模拟了三维含集团权重伊辛模型,给出了数值模拟结果和分析。通过模拟计算分别得到不同的序参量n=1、1.5、1.6、1.8、1.9和2.0时的临界温度Tc、热力学指数yt和磁指数ym的数值结果以及分析了n=3时的相变细节,发现在n<2时三维晶格上含集团权重伊辛模型与O(n)圈模型或立方圈模型是等价的,普适性相同。n=2时二者普适性完全不同。而对于较大的n值的情况n=3时我们发现了能量E和宾德累积量Q的滞回线图,这是一级相变的明显标志。
  第四章,我们运用可靠的有向圈随机序列展开量子蒙特卡罗方法模拟了三腿梯子上硬核玻色-哈伯德模型,通过测量层内和层间的结构因子和超流刚硬度,发现系统具有密度ρ=1/2的固体,增加量子隧穿后,z方向上不存在超固体。
  第五章,全文研究工作的总结与展望。
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