非周期-周期耦合系统的电子性质研究

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自1958年安德森在无序系统中发现金属-绝缘体转变以来,低维量子系统中波函数的局域化问题引发科学界的大量关注,并在实验和理论方面展开深入研究。一维准周期系统中,Harper链同样可发生类似于三维无序系统中的金属-绝缘体转变。近年来,众多学者纷纷研究无序-有序耦合链、准周期耦合双链或多链系统中电子的局域化转变和迁移率边,而这些研究罕有探究链间耦合作用对耦合系统电子性质的影响。在本文中,我们研究非周期-周期双链耦合系统的电子性质。基于紧束缚哈密顿量,通过求解系统的本征态能量,分析波函数的扩展和局域特性,以及计算模拟电子在耦合系统中的量子扩散,深入研究耦合强度对耦合系统电子性质的调制作用。我们首先开展了不同双链耦合系统的电子性质研究,发现链间耦合强度对电子性质具有显著的影响。1)在一维周期晶格和准周期Harper链的耦合系统中,我们发现,增大链间耦合,有助于局域态向临界态或扩展态转变,促进电子在Harper链中扩散。2)周期晶格链与安德森无序链耦合系统,电子的初始位置和链间耦合强度对耦合系统的局域化长度d0均有影响,当电子的初始位置在周期链上且耦合强度较小时,电子的局域化长度d0随无序度W的增大呈现出先减小后增大的转变。3)准周期Harper链与安德森无序链耦合系统系统,电子的局域化长度受电子的初始位置,Harper势和链间耦合强度的影响,呈现出丰富的变化规律。其次,我们研究了相同双链耦合系统中的量子扩散。基于单粒子紧束缚哈密顿量,我们分析相同双链耦合系统,发现波包随时间的演化呈周期振荡,且在双链上分别呈标准的正弦和余弦形式传播。在耦合周期链和耦合准周期Aubry-Andre-Harper链含扩展态、临界态和局域态的系统中均证实了解析结果。此外,我们深入探究无序对周期振荡的影响。研究表明,在存在无序的相同双链耦合系统中,周期振荡始终呈指数式衰减,类似于经典的阻尼振荡。周期振荡的衰减时间与无序强度呈0~(2-2。周期振荡的频率仅由链间耦合强度决定,与链上格点能和边界条件无关,并且对弱无序具有鲁棒性。由于体系的振荡频率和波包扩散范围可通过链间耦合强度和链内调制势来调控,因此这种周期振荡可以应用于量子态的控制和纳米级量子器件的设计。随着超冷原子的研究进展,我们预言的一维耦合系统中的普适周期振荡可望将来能够在在光学晶格中超冷原子实验上得到证实。
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