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本文把凝聚态物理与量子信息理论相结合,研究了一维半满或低于半满下Hubbard模型(HM)基态的块纠缠与量子相变的关系。首先,我们从量子信息论的角度重新解释密度矩阵重整化群方法的物理意义,使之与信息纠缠结合起来;其次,在理论分析的基础上,我们系统地分析了一维半满HM基态纠缠熵与系统相变的关系;最后,我们系统地计算了单空穴对一维HM基态纠缠熵的影响,随后分析了此情况下纠缠熵与量子相变的关系。
研究表明,首先,一维半满HM基态纠缠熵不但可以表征此量子系统导电态与绝缘态之间的相变,而且在有外磁场的情况下,又可以表征此量子系统从反铁磁态到铁磁态的相变。理论分析表明库仑在位势零点是一维HM的量子相变点。与此对应,把纠缠熵作为库仑在位势的函数,纠缠熵恰在量子相变点达到极值;纠缠熵的分布也只有在量子相变点或其附近是不饱和的,而在其它值下都达到饱和。根据正交场论,一维半满HM基态纠缠熵在临界点上是系统大小的指数发散函数,我们的结果也一致于此理论结果。在外磁场作用下,一维半满HM基态会由反铁磁态向铁磁态转变,系统纠缠也会由有限值向零转变。与此对应,当纠缠熵为外场的函数时,函数曲线出现两个拐点,也就是说纠缠熵能刻画二序磁性相变,纠缠熵的分布随着外场的变化而变化。值得一提的是,在磁场的一个小范围内,纠缠熵和自旋波同时出现了一个似弓形的分布,此分布是理论所没有提到过的磁相。然后,我们研究了单空穴对一维HM基态纠缠熵的影响,随后分析了此情况下纠缠熵与量子相变的关系。一方面,不管库仑在位势取何值,单空穴减小了一维半满HM基态纠缠熵随格点数分布的振荡;另一方面,对照于半满情况,纠缠熵的分布的饱和性恰好颠倒过来;最后一方面,即便在同性库仑在位势范围内,空穴对系统纠缠的影响的尺度也不同。把纠缠熵作为库仑在位势的函数,纠缠熵也恰在量子相变点达到极值,在此相变点,当系统增大到一定程度时纠缠熵偏离了自旋块的指数发散关系而达到一个固定值。