【摘 要】
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本文重点讨论了量子自旋系统基态的数值计算方法。量子自旋系统是量子多体系统的一个重要分支,是理论物理学家们的重点研究对象。强关联系统是多体系统中比较难处理的部分,描述这类系统的比较常见的模型有哈伯德模型和海森堡模型。其中海森堡模型是描述量子自旋系统比较简单的模型,它也是哈伯德模型的一种特殊情况。对铁磁性的海森堡模型,其基态比较容易获得。但对反铁磁性的海森堡模型的基态,只能求得一维情况的精确解,对高维
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本文重点讨论了量子自旋系统基态的数值计算方法。量子自旋系统是量子多体系统的一个重要分支,是理论物理学家们的重点研究对象。强关联系统是多体系统中比较难处理的部分,描述这类系统的比较常见的模型有哈伯德模型和海森堡模型。其中海森堡模型是描述量子自旋系统比较简单的模型,它也是哈伯德模型的一种特殊情况。对铁磁性的海森堡模型,其基态比较容易获得。但对反铁磁性的海森堡模型的基态,只能求得一维情况的精确解,对高维情况大多只能借助数值近似的方法来求其近似解。还有对有阻挫的自旋系统,也是比较难求解的情况,是很多数值方法研究的重点。我们在文中重点介绍了精确对角化方法、变分法、匹配追踪法、分级平均场方法、动力学平均场及密度矩阵内嵌理论等数值方法,这些方法都是可用于处理自旋模型的优秀方法。在这些方法的基础上,我们也提出了自己的有效的计算量子自旋模型的方法。其中之一为,提出一种大块分级平均场的有效近似实现方法,能用较小的代价获得与传统分级平均场非常接近的结果。我们方法的关键是,把每个大块波函数近似表示为一系列小块直积态的叠加,系统的试探波函数仍然表示为大块波函数的直积。这样形式的态,能方便地推广为多个态的叠加情况,其能显著地改进系统的基态能量,大大超过平均场的结果。我们在有阻挫的反铁磁海森堡模型上对我们的方法进行了检验。我们提出的另一种方法为,用分级平均场方法实施密度矩阵内嵌理论来计算无限大的系统。在该方法中,我们把系统看作由一小块和一大块组成,小块看作杂质,嵌入在大块环境中。杂质自由度比较小,可以精确处理。环境可以用近似方法处理,且把杂质周围的环境的态用一系列多组份的直积态表示,较远的环境的态直接表示为平均场形式的态。这可借助分级平均场的方法来实现。此方法能用于计算无限大二维自旋系统的基态。我们也用有阻挫的海森堡模型作为实例来验证我们的想法。我们计算的基态能量有很高精度,也计算了磁化强度和保真度等量来研究系统的量子相变,并把计算结果也与其它方法作了比较。
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