【摘 要】
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量子多体系统中的行为近年来广受关注,其涉及的动力学过程以及非平衡状态的研究也是值得探讨的问题,但对于这方面的研究还处于起步阶段,部分研究表明量子多体系统在演化过程中会出现非热化的现象,称之为动态局域化,这个现象的发现对于理解量子效应起到重要作用,并且对指导冷原子的相关实验以及应用提供了指导意义。但对于量子多体系统中动态局域化出现的原因还没有较为深入的认识,各个参数对于动态局域化造成的影响不明确,当
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量子多体系统中的行为近年来广受关注,其涉及的动力学过程以及非平衡状态的研究也是值得探讨的问题,但对于这方面的研究还处于起步阶段,部分研究表明量子多体系统在演化过程中会出现非热化的现象,称之为动态局域化,这个现象的发现对于理解量子效应起到重要作用,并且对指导冷原子的相关实验以及应用提供了指导意义。但对于量子多体系统中动态局域化出现的原因还没有较为深入的认识,各个参数对于动态局域化造成的影响不明确,当需要系统出现动态局域化的行为,可以通过控制哪些参数来实现,当需要系统出现热化时,又可以通过控制哪些参数来实现,都是有待解决的问题。前期工作表明对于系统演化过程中的扰动越微弱,系统容易出现动态局域化的行为,而扰动越强烈,系统越容易热化。在本文的研究中发现,除了系统在演化过程中的扰动会影响演化结果出现动态局域化和热化,还有其他的参数会对动态局域化的效应产生影响。通过围绕一维海森堡自旋链作为模型,展开关于量子多体系统在动态演化中的研究,依次对自旋链中的随机势场的范围、耦合参数的大小、时间演化过程中脉冲的打开与关闭的时间进行调控,以观察多种参数对于动态局域化产生的影响,并且对于相关现象进行理论解释。另外,在调控的过程中发现系统在趋于热化的平衡时,有别于理想热化的情况,此时的动态热化是介于理想热化与理想局域化之间的一种状态,主要的研究结果如下:1.将一维海森堡自旋链作为主要的系统模型,设定一组初始的耦合系数Jx=Jy=2、Jz=1、随机势范围W=1、以及较为微弱的演化脉冲ton=1.0、toff=100.0、hz=1.0,在这组参数下的演化行为呈现动态局域化,逐渐增加随机势的强度和耦合系数,在一定的范围(W/J=3.0±0.5)内会破坏动态局域化的约束,这样参数的自旋链热化能力最强,随着时间演化系统发生热化的现象,而进一步分别增大这两个参数,系统又会出现动态局域化,判断这是由于自旋链的多体局域化效应会引起演化的动态局域化现象,而当破坏了自旋链的多体局域化效应,系统的脉冲又不足够微弱时,演化过程会出现动态热化。揭示了多体局域化与动态局域化之间的关联。2.采用上节热化能力较强的参数W/J=3.0而其他参数不变,通过调控系统打开与关闭脉冲的时长以及脉冲的强度,尽管自旋链是处于较为热化的状态,但随着脉冲的强度的减小和脉冲打开时间的缩短,系统仍然会出现动态局域化的现象,当脉冲强度较大以及打开脉冲的时间较长时,系统则热化特征更显著。这是由于系统脉冲的作用效果决定了本征态共振跃迁的谱密度,谱密度分布宽度较窄时,无论系统是怎样的状态,系统趋于局域化。而当脉冲的作用较强时,谱密度宽度则会增大,占据数能跃迁的范围则越广。对周期动态演化过程中的占据数跃迁进行了理论解释。3.沿用之前的参数,打开脉冲的时长设定为会使热化能力较强的自旋链出现动态局域化的参数ton=0.1,对每一次关闭脉冲的时长加上一个误差值,得到一组非周期的脉冲,使自旋链在这样的脉冲中进行演化,发现同样的参数,在周期脉冲中会实现动态局域化,而在非周期的脉冲中则破坏了局域化,呈现热化的分布。从实能量-准能量-谱密度的三维图像来对这样的现象进行解释。对非周期动态演化中破坏局域化的现象进行理论解释。4.在研究的过程中发现周期驱动下系统出现部分热化的问题,通过热化时状态的分布特点进行了简要的讨论。
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