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多体局域化相变问题的研究进展

2017-11-05  点击:[]

现实物理系统中无序无处不在,理解无序对系统的作用尤为重要,P.Anderson通过对无序作用的探索在1958年提出了局域化这一概念,并把它作为一种前沿性的研究。理论研究得出:对于一维和二维的无相互作用的系统,任意的无序度都会使系统局域化,而非热平衡。有相互作用的封闭无序系统中,由于足够强的无序度的驱动,也可以使得系统发生多体局域化的现象。在2008年nature上发表了一篇实验性文章,用激光束实现了原子波动结,也很好的验证了多体局域化理论。因为局域化状态在宏观上不能传输“流”,它和“金属—绝缘相变”这一物理事实有着紧密联系,而这一局域化的理论模型可以通过强相互作用的超冷原子制备出来并用于研究,研究表明多体局域化现象是一种能发生在相互作用的无序系统中在非零温度时的动态量子相变,此时量子统计力学平衡不再适用,即在局域化相中系统无法达到热平衡。与基态量子相变类似,这一相变是多体系统本征态性质的突变,不同于基态相变的是,非零温度下的多体局域化相变是动力学相变,在热动力学平衡中不会出现。当系统处于多体局域化相时,系统两部分间的两体纠缠熵以对数形式增加,系统的整体关联度也与局域化相密切相关。已有的理论和实验研究也表明多体局域化可以保护相干性和某些形式的拓扑序,更有利于量子计算,这些都说明对于多体局域化相变机制的研究是一个重要的研究课题。近年来虽然许多研究已经证实了在无序相互作用系统中会发生多体局域化现象,并且探究了许多多体局域化相的特征,但是对于多体局域化相变发生的机制仍没有明确结论。

近期,量子中心成员胡涛涛在封闭无序系统中的多体局域化相变方面的研究取得一些进展,其主要内容概述如下:

  1. 对于封闭无序的一维海森堡链模型,我们用退相态的保真度指示了多体局域化相变的发生。区别于通常研究的部分高能本征态,我们考虑的是所有能量本征态权重的退相态(时间平均态),研究退相态的保真度在外场无序度变化时的奇异变化,我们给出了外场无序强度与多体局域化相变之间的定量关系,也给出了在热力学极限下,相变临界点与系统大小之间的函数关系。【Phys.Rev.E 94, 052119 (2016),文章链接https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.94.052119

2.   在一个封闭的一维伊辛链模型中,这里我们不仅考虑外场为无序,我们还分别加入了无序的近邻耦合和无序的次近邻耦合,研究相互作用为无序时对多体局域化的影响,结果给出近邻耦合的无序和次近邻耦合的无序都会驱动多体局域化相变的发生,而且具有不同的特征。结果表明无序和相互作用之间的相互作用推动了多体局域化相变的发生。【Sci. Rep. 7, 577 (2017),文章链接https://www.nature.com/articles/s41598-017-00660-4

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