课程文献中心 更多>>

关键词： 量子自旋液体   狄拉克半金属   超快光谱   准粒子动力学   结构相变  

摘要： 飞秒激光超快光谱是研究材料微观自由度（如自旋,电子,晶格相互作用等）动力学过程的重要实验手段,其在狄拉克半金属、量子自旋液体和新型超导体等材料的动力学过程研究中也扮演着重要角色。本文以飞秒激光泵浦-探测技术作为主要研究手段,研究了狄拉克半金属PdTe2、PtSe2和量子自旋液体候选材料α-RuCl3的准粒子动力学,主要研究结果如下:1、基于超快光谱技术,研究了狄拉克半金属PdTe2单晶随温度变化的超快准粒子动力学过程。定量分析表明,电子-声子热化导致亚皮秒时间尺度的快速弛豫过程（τ_f）;以及由声子辅助的电子-空穴复合过程,此过程的弛豫时间相对较慢（τs）,约为7-9.5 ps。随后,结合变温泵浦-探测和变温拉曼光谱实验,分析了PdTe2典型声子模式,Te原子的面内（Eg）和面外(A1g)振动,对电子弛豫过程的影响。结果表明,纯失相在弛豫过程中起着重要的作用。对电子-声子耦合常数的进一步分析表明,A1g模式对超导电性有很大的贡献,高频声子也参与了库珀对的形成。我们的实验结果将有助于促进对PdTe2复杂超导电性的理解。2、基于变温泵浦-探测技术,开展了二维PtSe2薄膜超快载流子动力弛豫过程。二维PtSe2薄膜的瞬态反射率曲线存在温度、薄膜厚度依赖性。结果表明厚度为12层的PtSe2-12薄膜弛豫时间随着温度的升高而增大,而厚度为24层的PtSe2-24薄膜弛豫时间随着温度的变化几乎不变。根据RT公式拟合振幅随温度变化的曲线,得到厚度为PtSe2-12薄膜样品在温度130 K以下有能隙打开,能隙大小为44me V。PtSe2-24薄膜样品在温度130 K以下也有能隙打开,能隙大小为7 me V。该结果为理解二维PtSe2材料层数依赖的带隙特征和类金属特性提供了证据。3、基于变温泵浦-探测和变温拉曼光谱技术,研究了量子自旋液体候选材料α-RuCl3单晶结构相变与其受激电子弛豫过程的内在联系。结果表明,在高温下（130 K-250 K）α-RuCl3单晶受激载流子超快动力学弛豫过程由热激发导致的快过程和与面内结构相关的中间过程组成。在168 K和60 K附近,中间过程对应的弛豫时间发生了两次明显跳变,前者可归因于晶体结构从ABC堆叠向ABAB堆叠转变,后者则是由于晶体结构彻底转变为ABAB堆叠的单斜晶系而引起;在120 K及以下,α-RuCl3由常规顺磁态转变为Kitaev顺磁态,表现为增加了一个与Z2规范场相关的弛豫过程（慢过程）。此外,在奈尔温度（8 K）附近,磁相变导致三个弛豫过程的振幅和弛豫时间都发生了突变。超快光谱实验结果为研究α-RuCl3的磁相变和结构相变提供了有力的证据,有助于进一步证明α-RuCl3是Kitaev量子自旋液体材料。图56副,参考文献201篇

关键词： 自旋轨道耦合   玻色-爱因斯坦凝聚   条纹孤子   呼吸子  

摘要： Bose-Einstein凝聚体（BEC）由于其高度纯净性与精确可控性,是目前研究非线性物理和观测量子物态的理想平台。自旋轨道耦合（SOC）在超冷原子体系中条纹相、自旋霍尔效应等物理问题研究上发挥着重要作用,近年来备受非线性物理领域关注。随着SOC-BEC系统中条纹孤子的发现,超冷原子体系下局域波结构、动力学特性与物理机制等方面的研究成为当下非线性物理领域前沿课题。最近,有学者提出新型螺旋结构SOC,SOC螺旋性使该系统具有相较于传统SOC-BEC更为优越的操控性和灵活的调节性,并且诱发了新型局域波结构与独特的动力学特性。我们期望这种新系统中存在更丰富的非线性局域波结构,进一步认识SOC相关的物理参数对其动力学特性、物理机制带来的不同影响,从而加深对螺旋SOC-BEC中局域波激发的理解。在本学位论文中,我们研究了具有螺旋SOC项的Gross-Pitaevskii模型中的非线性局域波。该模型是一种不可积系统,我们通过规范变换和达布变换构造了多种局域波严格解析解,发现了四种新型条纹孤子和一类新型kink呼吸子。在严格解析解的基础上,探讨了螺旋SOC-BEC的耦合强度与螺旋周期两个物理参数对非线性局域波结构与动力学性质以及自旋极化等性质的影响。首先,我们发现并讨论了螺旋SOC-BEC中四类新型条纹孤子。根据速度与背景波差异,分为零背景/周期波背景静态条纹孤子、零背景/平面波背景运动条纹孤子,它们的自旋极化明确表现出SOC的螺旋性。而SOC的耦合强度对条纹的产生具有决定作用,其螺旋周期则直接影响条纹密度的具体分布。通过改变螺旋SOC的耦合强度与螺旋周期,可实现条纹孤子周期与条纹调制强度的灵活精确调控。此外,不同条纹孤子相互作用除了常见的隧穿、干涉现象,还有密度镜像反转、间距增大及条纹破碎等独特性质。其次,我们在螺旋SOC-BEC中发现了周期峰两侧具有明显背景差的新型kink呼吸子。研究表明,kink呼吸子的形状与kink幅度的大小亦可通过螺旋SOC的耦合强度与螺旋周期来调节。若kink呼吸子出现,则两组分的粒子数随时间周期振荡;用于交换的粒子数同样受螺旋SOC控制,并与kink幅度受螺旋SOC影响的趋势相似,当背景波数不变时,该相似性更趋一致,意味着kink幅度可控制呼吸子的振荡强度。本文在螺旋SOC-BEC中发现的多种新奇局域波结构,不仅为条纹相等重要新奇量子现象的实验观测提供了理论指导,而且为BEC中奇异局域波结构的探索提供了新的思路,加深了人们对SOC-BEC中局域波产生机制的理解。

关键词： 非线性Schr?dinger方程   爆破解   驻波解   轨道稳定   全局存在  

摘要： Schr?dinger方程是量子力学中的基础数学模型。根据量子力学,宇宙中的所有粒子都是通过波函数来描述的。量子波函数由Schr?dinger方程描述。同时,非线性Schr?dinger方程是描述各种物理现象的重要数学模型。不同的非线性Schr?dinger方程有不同的物理背景。本文主要研究关于带平方势与反平方势的非线性Schr?dinger方程柯西问题爆破解的动力学性质。对于次临界非线性指标,方程的解全局存在且驻波解都是轨道稳定的。对于临界非线性指标,当初始质量小于临界质量时,方程的解全局存在且驻波解是轨道稳定的;当初始质量不小于临界质量时,存在在有限时间内爆破的解。本文证明了具有最小质量爆破解的存在性,探讨了该解的质量集中性质。对于超临界非线性指标,本文通过构造不变流形,给出了柯西问题解在有限时间内爆破或全局存在的分界条件。

关键词： 布里渊散射   自旋波   非互易   模式杂化   磁性薄膜  

摘要： 磁性材料中电子自旋的有序进动可以产生自旋波,自旋波作为能量和信息传输的载体,相比传统的电子器件具有更小、更快和功耗更低的特点,在自旋电子学领域有广阔的应用前景。由自旋进动方程的手征性决定,某些自旋波显著的特点就是非互易性。因此有望基于自旋波的非互易性设计基于自旋波的信息传输和处理的器件。本文主要围绕自旋波及其模式杂化中的非互易行为开展研究。主要通过布里渊散射(BLS)的波矢分辨功能探测磁性纳米薄膜材料中的自旋波并研究频率色散和模式分布的非互易。得到了以下创新性成果:1.在双层磁性薄膜中发现了静磁表面自旋波(MSSWs)巨大的非互易现象。Co/FeNi双层膜中,FeNi薄膜下界面传输的MSSWs频率随波矢的增加而减小,即群速度为负,传输行为类似于后向体自旋波。发现了FeNi薄膜上下界面MSSWs的频率非互易随波矢的增加而增加,非互易最大可以到4 GHz左右,分析后发现这种现象是由两层磁性薄膜之间的偶极相互作用引起的。2.发现了FeNi单层磁性薄膜中两种自旋波的非互易杂化。在厚度合适的FeNi磁性薄膜中同时观测到了MSSWs和垂直驻波(PSSWs)的传输,通过改变表面波的波矢,实现了这两种模式自旋波的杂化。并且发现这两种自旋波的杂化具有很强的非互易性,即杂化后在FeNi薄膜的上界面抑制了PSSWs的传输,下界面抑制了MSSWs的传输。微磁学模拟和实验共同证实了这种非互易杂化与材料的厚度、饱和磁化强度、交换常数的关系。3.发现了YIG/FeNi双层磁性薄膜中非同步且非互易的磁振子杂化。YIG/FeNi双层磁性薄膜中观测到MSSWs和PSSWs的杂化。但是由于YIG和FeNi层之间的静磁相互作用,导致FeNi层中MSSWs频率产生频率差。因此随着波矢的增加,FeNi层的上下界面杂化非同步。杂化后在FeNi薄膜的上界面只有MSSWs的传输,抑制了PSSWs的传输。相反在薄膜的下界面只有PSSWs的传输,抑制了MSSWs的传输,即杂化产生了非互易现象。可以通过改变FeNi层的厚度,调控杂化时的波矢范围。

关键词： 薛定谔方程   数值解   存在性   集中性  

摘要： 本文研究以下多临界方程??u+λV(x)u=μ|u|p?2u+kP(|x|?(N?αi)?|u|2?i)|u|2?i?2u x∈RN,i=1(1)u∈H1(RN)正解的存在性和多解性与有界区域?=int V?1(0)?RN(N gt;3)的拓扑的关系,其中λ,μ∈R+且对N?4lt;αilt;N,i=1,2,···,k有2?i=N+αiN?2是临界指数,且p满足2lt;plt;2?min=min{2?i:i=1,2,···,k}.利用Ljusternik-Schnirelman理论证明当λ足够大时,方程(1)有至少cat?(?)个解.　　全文由以下章节组成.　　第一章将介绍研究背景、问题的难点及主要结论.　　在第二章中,我们将介绍文中需要使用的符号、预备知识并给出了初步结果及其证明.　　在第三章中,我们将建立紧性结果,证明解的存在性定理和解的集中性定理.第四章运用Ljusternik-Schnirelman理论证明多解结果.

关键词： 半导体自旋电子学   内嵌式磁电受限半导体微结构   自旋-轨道耦合   电子自旋极化   可控自旋过滤器  

摘要： 半导体自旋电子学是磁学、微电子学和半导体技术结合而成的一门交叉学科,其研究焦点为半导体中自旋流的产生、输运与调控,以及结合现代半导体微电子技术设计新型半导体自旋电子器件。由于半导体中的电子通常是自旋简并的,无法直接利用半导体设计自旋电子器件,所以怎样使半导体中的电子发生自旋极化,同时又最好能利用电学方式对其实现有效控制,就变成了当前半导体自旋电子学的一个重要发展方向,也成为了当前的科研热门话题。本学位论文以内嵌式磁电受限半导体微结构(embedded magnetically and electrically confined semiconductor microstructure,EMECSM)为研究对象,采用理论分析与数值计算相结合的方法,研究了该结构中由自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)效应引起的电子自旋极化现象,并探究了怎样利用δ-掺杂和偏压的方法来调制系统中的电子自旋极化。本文取得的成果大致分为以下三个方面:(1)在所研究的EMECSM结构中,同时存在塞曼耦合与SOC效应,但由于Ga As的有效朗德因子很小(g=0.44),从而导致电子自旋极化主要来自于SOC效应,同时,由于电子自旋极化的大小和符号与SOC效应的强度密切相关,因此能够利用界面限制电场或压力工程来有效控制电子的自旋极化。(2)把一个可调δ-掺杂引入EMECSM结构后,体系中仍然具有显著的电子自旋极化现象,这是因为电子自旋极化主要是由SOC效应造成的,而δ-掺杂与SOC效应是彼此相互独立的,或者说两者之间不存在相互作用。但由于电子在隧穿EMECSM结构时受到的有效势与δ-掺杂相关,因此可以通过适当变化δ-掺杂的权重或位置,进而对电子自旋极化实现合理操控。(3)对EMECSM结构施加适当偏压后,体系中仍然存在明显的电子自旋极化现象,这同样是因为偏压与SOC效应相互独立,无法影响电子自旋极化的存在与否。而电子受到的有效势也与偏压密切相关,所以EMECSM结构中电子的自旋极化也同样能够通过施加适当的偏压加以控制。根据所获得的研究成果,本学位论文提出了一种在半导体中实现电子自旋极化和控制的新途径,并设计了一种可控的自旋过滤器,它可以作为自旋电子器件应用中的可控自旋极化源。

关键词： 多维量子隐形传态   量子纠缠   幺正变换   保真度  

摘要： 量子信息学是量子力学、信息学、计算机科学和数学等学科交叉形成的一门新兴学科。由于量子信息在存储、传输和操作等方面具有独特性质,使得信息的安全性、运算能力和存储能力等都有了质的飞跃。量子隐形传态是量子通信的一个重要方面,国内外科研团队在该领域取得了多项重大研究成果。量子隐形传态是依靠量子纠缠资源,实现任意距离的未知量子态传输的技术。近年来多维量子隐形传态由于具有更大的信道容量和更强的抗噪声能力,因而成为新的研究热点和难点问题,包括对物理体系的选择,传输方案的优化,保真度的考量等。本文首先介绍了量子隐形传态领域及保真度的国内外研究进展并阐述了量子隐形传态的相关概念,然后对单体二维体系量子隐形传态及两体三维体系量子隐形传态进行了方案构建和理论分析。主要工作和结论如下:(1)研究单体二维量子隐形传态。首先对单体二维最大纠缠态传输方案进行构建,发送者利用复合系统量子态完成对持有粒子的量子测量并将测量结果发送至接收者,接收者依据测量结果选择幺正变换对量子态进行重构,完成量子态的传输。然后将方案扩展到一般纠缠态量子隐形传态,这也是单体二维量子隐形传态的普适方案。最后对发送态和重构态之间的保真度展开了分析,结果表明,发送粒子为最大纠缠态和一般纠缠态时,保真度都为1。(2)研究两体三维量子隐形传态。基于两个量子信道,首先提出了两体三维最大纠缠态的传输方案。发送者利用广义三维Bell基进行量子测量,并将测量结果发送至接收者,接收者依据测量结果合理选择幺正变换进行操作,完成对目标量子态的重构,然后将方案扩展到两体三维量子隐形传态的普适方案。最后对两种方案的保真度展开了计算,结果表明重构态和发送态之间的保真度关系为1。本文研究了单体二维和两体三维量子隐形传态方案及保真度,方案中建立的量子信道以及接收者采取的重构操作,为多维量子隐形传态研究提供了方法借鉴。

关键词： 拓扑超流   质量不平衡   自旋轨道耦合   费米气体   热力学势  

摘要： 拓扑超流态是一种奇异物质态,它的内部受能隙保护,而在其系统边缘却可以容纳无能隙的Majorana费米子。由于该粒子不受外界环境的干扰,用它们携带量子化的信息,可以用于拓扑量子计算的研究。近年来,理论工作预测了各类系统中可能存在的拓扑超流态。在第二章中,我们首先介绍了在各类光晶格模型中的拓扑超流,由于光晶格的超冷原子具有良好的可控性与普适性。我们接下来介绍了自旋轨道耦合调控下的拓扑超流,因为自旋轨道耦合效应是诱导拓扑相的重要条件,并且人工自旋轨道耦合已经在实验中实现了。随着近年来实验技术的提高,曾经难以在实验中观测的,被人们所忽略的拓扑Fulde-Ferrell LarkinOvchinnikov(FFLO)超流相也成为了人们研究的热点,因此我们接下来介绍了拓扑的FFLO超流。此外,我们还介绍了部分拓扑超流其他方面的进展,包括孤子引诱的拓扑超流,三组分的拓扑超流,大Chern数的拓扑超流,以及拓扑超流临界温度的提高。在实验中如何检测与实现拓扑超流是我们研究它的目的及意义所在,因此我们在第二章的最后介绍了拓扑超流的识别与实现。如何在自旋轨道耦合调控下的质量不等费米气体中获得拓扑超流态是凝聚态物理领域研究的一大热点,在第三章,我们研究了零温下具有Rashba自旋轨道耦合的二维质量不等费米气体中的拓扑超流相图。我们发现由于质量不平衡、配对相互作用和自旋轨道耦合之间的竞争,使得热力学势存在双势阱结构,影响了粒子配对的状态,并且改变系统基态的性质。我们全面的给出了系统在自旋轨道耦合强度和化学势平面上改变约化质量比和两体束缚能大小的相图,以及约化质量比和两体束缚能平面上随自旋轨道耦合强度变化时的相图。这项研究不仅更加详细的阐述了各个参数下拓扑超流态可稳定存在的区域,为实验上更好地观测拓扑超流态提供了详细的理论依据。