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作者

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缺陷对二维铁磁序影响的蒙特卡罗模拟研究

缺陷对二维铁磁序影响的蒙特卡罗模拟研究

引用

作者：许俊康浙江工业大学

学位级别：硕士

二维铁磁材料由于其在有限温度下具有自发的净磁矩的特性，有望成为新一代信息存储与自旋电子学器件中的关键材料。当二维铁磁材料中存在磁各向异性时，其磁性质可通过海森堡模型进行描述。本论文针对该海森堡模型运用蒙特卡罗模拟方法... 详细信息

二维铁磁材料由于其在有限温度下具有自发的净磁矩的特性，有望成为新一代信息存储与自旋电子学器件中的关键材料。当二维铁磁材料中存在磁各向异性时，其磁性质可通过海森堡模型进行描述。本论文针对该海森堡模型运用蒙特卡罗模拟方法，从而获取二维铁磁材料的居里温度（Tc）以及磁性质随温度变化的规律。　　现有的对铁磁材料的研究大多局限于完美晶格的材料，而实际材料一般存在缺陷，同时亦可根据需要，人工创造一定结构的缺陷。因此在对二维铁磁序的研究中，要进一步考虑二维铁磁材料中存在缺陷的情况。我们将考虑三种缺陷构型：（1）由于材料中磁性原子的缺失，导致海森堡模型中存在空位;（2）由于材料中其他用于交换相互作用的原子的缺失，导致海森堡模型中交换相互作用的断开;（3）人为构造有序多孔的结构。另外，再考虑二维铁磁材料存在缺陷时，其磁各向异性能（D）和交换相互作用（J）改变对二维铁磁序的影响。针对二维铁磁材料的缺陷构型，我们假设两种可能晶格模型：六角晶格模型和正方晶格模型。针对二维铁磁材料在缺陷情况下磁性质的变化，对每种缺陷浓度取100个随机构型进行模拟计算，取平均并获得收敛的数据后，得出二维铁磁材料的磁性质随温度变化的拟合图像，进而观察缺陷对于二维铁磁序的影响。　　对空位缺陷情况，在六角晶格模型中，空位浓度（ρv）从0%到30%，Tc下降约56%。在正方晶格模型中，ρv从0%到30%，Tc下降约51%。对交换相互作用断开情况，在六角晶格模型中，交换相互作用断开浓度（ρb）从0%到30%，Tc下降约50%。在正方晶格模型中，ρb从0%到30%，Tc下降约40%。在晶格模型方面，无论是空位情况还是交换相互作用断开情况，都是在六角晶格模型中居里温度下降得比例更大。空位缺陷可以看作是一种有序的交换相互作用断开。将空位浓度换算为交换相互作用断开浓度（ρb≈1.9ρv），则可以发现，交换相互作用断开情况对居里温度的影响更大。　　针对人为构造的有序多孔构型情况，我们用antidot晶格进行描述，并在六角和正方两种晶格模型中，考虑用两种方法改变剩余格点浓度（ρs）。第一种方法，保持晶格单位中边长不变，改变孔洞长度，ρs在低浓度范围内，材料的居里温度基本保持不变。第二种方法，同时改变晶格单位中的边长和孔洞长度，但保持链条数不变，即使ρs浓度非常高时，材料仍具有一定的Tc，且链条数越多，Tc越高。　　综上所述，缺陷所造成的海森堡模型中交换相互作用断开越无序越随机对Tc影响越大。而上述缺陷情况均为通常数值的磁各向异性能和交换相互作用，我们发现当D和J非常小时，缺陷使Tc逐渐接近甚至小于1K。受D和J的影响，缺陷对二维铁磁序的影响显著增强。此外，我们还探索了临界指数和关联长度。

关键词：二维铁磁材料结构缺陷交换相互作用蒙特卡罗方法海森堡模型居里温度

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基于极性分子摆动态的量子计算的研究

基于极性分子摆动态的量子计算的研究

引用

作者：岳文静华东师范大学

学位级别：硕士

二十世纪初,量子力学的诞生为科学家们开辟了一片新前景,量子计算这一新兴领域也将给世界带来巨大的时代变革。近些年来,寻找可靠的物理系统一直是量子计算领域的热点问题。极性分子受外加电场作用,其分子轴在电场方向的一定角度范围内... 详细信息

二十世纪初,量子力学的诞生为科学家们开辟了一片新前景,量子计算这一新兴领域也将给世界带来巨大的时代变革。近些年来,寻找可靠的物理系统一直是量子计算领域的热点问题。极性分子受外加电场作用,其分子轴在电场方向的一定角度范围内振荡,形成摆动态,这些摆动态具有特定的取向,可使分子偶极矩沿电场方向投影,进而通过偶极-偶极耦合产生长程各向异性相互作用。摆动态的本征能量与外电场有关,这使得量子比特可以在梯度场中被单独寻址。此外,极性分子具有较大的永久偶极矩和较丰富的内部结构,使其更易被外电场操控。因此,极性分子有望成为实现量子计算的一个可靠的的物理平台。本文旨在从量子纠缠形成、量子海森堡模型实现和量子逻辑门实现三个方面探讨基于极性分子的量子计算的可行性。本论文的主要工作可以分为以下三个部分:1、极性分子偶极阵列的量子纠缠。选取摆动态|00〉和|10〉作为量子比特态。对于由N个极性分子组成的一维分子链,我们分析了共生纠缠度和全局纠缠度和与电场强度、分子电偶极矩、分子间距离和温度有关的三个无量纲变量με/B、?/B、kT/B之间的关系。2、极性分子摆动态下自旋1/2海森堡模型的实现。为了使系统哈密顿量可以映射到自旋系统的量子海森堡模型上,我们选取了摆动态|11〉和|10〉作为两个赝自旋态。我们讨论了广义海森堡XYZ模型的实现方法以及通过调节外电场与分子阵列轴的夹角来实现XXZ模型和XY模型的特殊情况。此外,根据海森堡XXZ模型,我们得到了一维极性分子阵列的基态相图并讨论了在极性分子摆动态下实现绝热量子计算的可行性。3、基于海森堡模型的极性分子系统中量子逻辑门的实现。选取实现海森堡模型的两个赝自旋态作为量子比特。我们利用多目标最优控制理论得到了实现典型量子逻辑门的最优激光脉冲。本论文中主要研究了NOT门、Hadamard门和CNOT门并讨论了这些量子逻辑门操作的性能。

关键词：极性分子摆动态量子计算量子纠缠海森堡模型

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噪声信道中自旋链的非局域性研究

噪声信道中自旋链的非局域性研究

引用

作者：刘柱安徽大学

学位级别：硕士

随着对量子信息探究的日渐深入,不同类型的自旋链模型在量子信息处理过程开始崭露头角。但是在实际环境中,量子系统会不可避免地遭受到退相干效应的影响,也就是量子系统与外部的环境噪声产生了耦合作用,从而使得自身的量子非局域性(纠... 详细信息

随着对量子信息探究的日渐深入,不同类型的自旋链模型在量子信息处理过程开始崭露头角。但是在实际环境中,量子系统会不可避免地遭受到退相干效应的影响,也就是量子系统与外部的环境噪声产生了耦合作用,从而使得自身的量子非局域性(纠缠、量子导引、贝尔(Bell)非局域性)产生不同程度地衰减。这一现象会使得在相干时间内很多量子信息任务无法及时完成。为了更好地调控在不同噪声环境中量子系统中的量子非局域性,不同的量子资源度量方式也就随之应运而生。所以研究处于不同环境中的自旋链模型,发掘量子关联中的优点以及如何更好地避免退相干效应,这对于量子信息处理有着积极作用。为了探究噪声信道对自旋为1/2的海森堡XX模型中产生的影响,我们采用Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)导引,贝尔非局域性,一阶相干性和共生纠缠探究两量子比特的海森堡XX模型与噪声环境相互耦合作用后的量子资源动力学行为,并研究不同参数对于量子资源的影响,包括耦合系数,温度,磁场强度和通道的退相干参数。通过上述的探究,发现了在经过比特翻转(BF)和相位翻转(PF)信道的情况下,可以获得非局域性不受退相干参数变化影响的演化特性。此外,耦合程度的增加和温度改变都会使得非局域性得到提升。并且也印证了自旋链模型中,有纠缠能力不一定可被导引,可导引态不一定拥有非局域性。最后,我们探讨了在幅值阻尼(AD)信道中态参数对于一阶相干,量子导引以及贝尔非局域性的稳定性影响,结果表明态参数足够大的时候非局域性的演化特征也是趋于稳定的。上述结果阐明了自旋链系统在噪声环境下如何获取稳定的状态,从而获知想要的信息。

关键词：海森堡模型非局域性噪声信道

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纠缠态的制备和度量

纠缠态的制备和度量

引用

作者：任杰苏州大学

学位级别：硕士

量子纠缠是量子信息和量子计算中的一种重要资源，本论文主要讨论了量子纠缠态的制备和度量的一些方式。首先，通过用脉冲函数调制原子间的耦合，研究了两个两能级原子同白噪声驱动的第三个原子相互作用时产生的纠缠。初始的触发时... 详细信息

量子纠缠是量子信息和量子计算中的一种重要资源，本论文主要讨论了量子纠缠态的制备和度量的一些方式。首先，通过用脉冲函数调制原子间的耦合，研究了两个两能级原子同白噪声驱动的第三个原子相互作用时产生的纠缠。初始的触发时间和脉冲宽度能在纠缠中产生峰值，脉冲的最佳宽度能使得纠缠达到最大值。原子之间耦合的不对称性在系统中产生不同的纠缠。多重触发能在纠缠中产生多个峰，纠缠中两峰之间的距离随脉冲宽度的增加而增加。其次，研究了在非均匀磁场中三量子比特海森堡XY模型中两粒子和三粒子的纠缠。当磁场的大小在三个量子比特之间的分布不同时，两粒子纠缠中有两个或者四个峰。非常有趣的是，当磁场的幅度在三个量子比特之间变化时，系统不存在三粒子纠缠。然而，磁场方向的改变却能诱导三粒子纠缠。三粒子纠缠随磁场和自旋z轴之间的夹角作周期性变化。

关键词：纠缠剩余纠缠量子噪声海森堡模型

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含Dzyaloshinskii-Moriya相互作用海森堡自旋链中热纠缠性质的研究

含Dzyaloshinskii-Moriya相互作用海森堡自旋链中热纠缠性质的研究

引用

作者：张英丽湖北大学

学位级别：硕士

随着量子信息技术的发展,量子纠缠已成为量子信息论中的一个基本概念,在现代物理中扮演着重要的角色,且在量子信息处理和量子计算等领域有着重要的作用。近年来,纠缠被视为有一种宝贵的资源,在理论和实验上,人们对其进行了大量的讨论和... 详细信息

随着量子信息技术的发展,量子纠缠已成为量子信息论中的一个基本概念,在现代物理中扮演着重要的角色,且在量子信息处理和量子计算等领域有着重要的作用。近年来,纠缠被视为有一种宝贵的资源,在理论和实验上,人们对其进行了大量的讨论和研究。利用纠缠态不仅可以实现经典物理中不容易实现的行为,而且在量子平板印刷术以及研究强关联量子系统等领域也发挥着重要的作用。而作为量子信息中既简单又实际的固态物理系统,因为其自旋链本身所具有的良好的纠缠性质,海森堡自旋模型成为了研究者研究量子纠缠的首选模型。本文主要讨论了一维海森堡模型中自旋为1/2的纠缠特性。第一部分我们简要介绍了量子力学的发展,量子信息、量子计算和量子计算机,并给出了几种纠缠度的定义式。第二部分我们研究了在DM相互作用下的两量子比特海森堡XX模型的热纠缠的性质,详细计算和分析了共生纠缠度随各种参数的变化规律。研究发现对于铁磁和反铁磁这两种情形而言,X和Y方向的DM相互作用对热纠缠和临界温度具有不同的影响。选择和调整合适的X和Y方向的DM相互作用参数,可以有效地控制和提高热纠缠。第三部分我们首先研究了DM相互作用下,四量子比特海森堡XXZ模型的热纠缠性质,计算得出配对纠缠度并通过求解配对纠缠度来讨论最近邻和次近邻两量子比特之间的热纠缠性质。接着研究了非均匀磁场作用下,具有DM相互作用的四量子比特海森堡XX模型的热纠缠性质,求解计算了三类配对热纠缠(最近邻配对纠缠C12、第一类次近邻配对纠缠C13和第二类次近邻配对纠缠C24)的纠缠度,得出了配对纠缠度随各种参数的变化规律。

关键词：热纠缠海森堡模型 Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用共生纠缠度

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利用机器学习研究J1-J2反铁磁海森堡自旋链相变

利用机器学习研究J1-J2反铁磁海森堡自旋链相变

引用

作者：王伟武汉大学

学位级别：硕士

通过序参量来刻画量子相变是比较传统的做法,近期机器学习方法成为了新的探究相变的工具。本文提出先使用无监督学习中的高斯混合模型挖掘数据中的信息,再使用监督学习中的卷积神经网络模型对信息进行验证的方法,对J1-J2反铁磁海森堡自... 详细信息

通过序参量来刻画量子相变是比较传统的做法,近期机器学习方法成为了新的探究相变的工具。本文提出先使用无监督学习中的高斯混合模型挖掘数据中的信息,再使用监督学习中的卷积神经网络模型对信息进行验证的方法,对J1-J2反铁磁海森堡自旋链模型的相变进行了研究。研究结果表明:（1）机器学习方法能够在不知道任何先验知识的情况下,从基态中精确找到J1-J2反铁磁海森堡自旋链模型的一阶相变点,无法找到无穷阶相变点,从第一激发态不仅能找到一阶相变点,还能找到无穷阶相变点,间接说明了第一激发态可能比基态蕴含更多信息;（2）监督学习能够对无监督学习提取到的相变点进行鉴别,去除假相变点,说明仅采用机器学习方法就可以从大量数据中发现有用的信息,其可以作为一种识别相变的有效工具,态矢量和卷积神经网络中间层输出可视化说明了机器学习算法的可靠性。

关键词：量子相变机器学习海森堡模型

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多层磁性超晶格的磁性质

多层磁性超晶格的磁性质

引用

作者：黄安东沈阳工业大学

学位级别：硕士

本论文以海森堡模型为基础,采用格林函数方法研究了三层磁超晶格的转变温度及两层亚铁磁性超晶格的磁振子能隙。对于三层磁性超晶格体系,自旋量子数越大转变温度点越高,转变温度的变化量也是增加的;每一层的自旋量子数对转变温度的影响... 详细信息

本论文以海森堡模型为基础,采用格林函数方法研究了三层磁超晶格的转变温度及两层亚铁磁性超晶格的磁振子能隙。对于三层磁性超晶格体系,自旋量子数越大转变温度点越高,转变温度的变化量也是增加的;每一层的自旋量子数对转变温度的影响相同,只是在低温时磁矩有微小的差别。在各向异性参数为零的情况下,无论自旋量子数怎样变化,层间交换耦合系数J12与J31对转变温度的影响几乎相同,转变温度都随着层间交换耦合的增强而增大但是其变化量却逐渐减小。无论自旋量子数是否相等,随着各向异性参数D1,D2,D3的增加转变温度增加并且增加量也变大;在自旋量子数相等时,各向异性参数对转变温度的影响几乎相同,并且层间交换耦合越强和它相关联的各向异性参数对转变温度的影响越大;当自旋量子数不相等时,S越大对应的各向异性参数D对转变温度的影响越大,即变化越快。低温时铁磁性超晶格的磁矩普遍大于亚铁磁性超晶格的磁矩。对于两层亚铁磁性超晶格体系:外磁场为零,各向异性参数为零时,自旋量子数S1和S2对对能隙宽度?ω的影响相同,并且在某一范围内两层的自旋量子数差值较小时,能隙消失。在自旋量子数不相等,各向异性参数相等的情况下,随层间交换耦合的增强能隙宽度先线性减小至消失后又线性增加。在自旋量子数相等,各向异性参数不相等情况下,当各向异性参数D1大于D2时,能隙宽度?ω随外磁场的增加而线性增加;当各向异性参数D1小于D2时,随外磁场的增加?ω先线性减小至消失后又线性增加。各向异性参数相等,当自旋量子数S2大于S1时,能隙宽度?ω随外磁场的增加而线性增加;当自旋量子数S1大于S2时,随外磁场的增加?ω先线性减小至消失后又线性增加。

关键词：超晶格海森堡模型转变温度磁振子能隙

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掺杂及磁电耦合对量子顺电体的影响

掺杂及磁电耦合对量子顺电体的影响

引用

作者：吴华苏州大学

学位级别：硕士

量子顺电体是一类特殊的电介质，和通常的铁电体有所不同。量子顺电体的介电常数在低温时呈现类似于居里-外斯定律的行为，即显示出将要发生铁电相变的征兆，但直至最低温度都不发生铁电相变。这一现象可被解释为量子涨落使顺电相稳定... 详细信息

量子顺电体是一类特殊的电介质，和通常的铁电体有所不同。量子顺电体的介电常数在低温时呈现类似于居里-外斯定律的行为，即显示出将要发生铁电相变的征兆，但直至最低温度都不发生铁电相变。这一现象可被解释为量子涨落使顺电相稳定而铁电相完全被抑制。量子顺电体的结构和铁电体很相似，大部分属于ABO3的钙钛矿结构，所以应力或掺杂等易使之成为铁电体。易于有外界条件诱发铁电性是量子顺电体的本质特征之一。SrTiO3和KTaO3是典型的量子顺电体，实验表明当两者分别掺杂Ba2+和Li+且杂质浓度超过各自的临界浓度时，顺电相不再稳定，出现由杂质导致的铁电相变。EuTiO3是另一种特殊的量子顺电体，该材料同时也是尼尔反铁磁体，我们称它为量子顺电-反铁磁体。实验表明在该材料中，磁和介电性质之间存在耦合，其介电常数在尼尔温度附近出现异常。对磁和介电性质之间的耦合作用的研究由来已久，在铁电磁材料中便存在这样的耦合。铁电磁系统是指在某一温度范围内，同时具有铁电有序和铁磁有序的体系。自上世纪60-70年代以来，由于这类材料的不断发现以及两种有序共存耦合导致某些特有的物理性质，而使之备受人们的关注。通过磁电耦合，铁电有序或外电场可导致自旋的再分布而改变系统的磁性性质，同样由于自旋有序的涨落通过磁致伸缩或可能的电-声子作用可导致铁电弛豫或介电异常。磁电效应主要存在于两类物质中，一类是自旋-轨道有序的物质所表现出的外场（磁场或电场）诱导的线性磁电效应（ME）H，E，又被称为磁场感生的电矩效应或电场感生的磁矩效应。通常将这类具有线性磁电效应的物质称为磁电体。而另一类是铁电磁体，它除了具有一般磁电体的性质外，还由于固有的本征磁有序和铁电有序的耦合使之存在自发的磁电效应。实验上已经发现了由于自发的磁电耦合导致的介电异常和损失正切。但就这两种有序的耦合机制及其作用形式和本质还缺乏深入的研究。尽管Eu TiO3在整个温度范围内不出现铁电有序态，可视为其电序参量平均值为零，但电系统和磁系统序参量某种形式的耦合导致了该材料在尼尔温度附近的介电反常。本文从最典型的量子顺电体SrTiO3出发，基于横场伊辛模型研究了Ba2+的掺杂掺杂及磁电祸合对量子顺电体的影响摘要对其介电性质及相变性质的影响，发现Baxsrl一xTIO3的性质由纯的BaTIO3和SrTIO3 的性质综合决定。进而发展Jassen一维畴壁运动理论至三维用电序参量和自旋关联的相互作用来计入EuTIO3中磁和介电性质之间可能的祸合，运用平均场近似下的软模理论、谐振动的二次量子化表示及海森堡模型讨论了该藕合对软模频率的影响。我们发现磁和电序参量的藕合导致软模频率在尼尔温度附近的异常，从而导致其特殊的介电性质。在此基础上，在横场伊辛模型的框架下进一步讨论了Ba2+掺杂的EuTi03的磁电性质及热力学性质。我们发现BaxEulxTIO3（O‘x‘0.2）的介电常数和由内察的偏置场导致的电极化除了随杂质浓度产生相应的变化，同时在磁和介电性质的藕合作用影响下在低温下偏离通常的量子顺电体行为，在尼尔温度附近出现异常，且磁场通过对最近邻自旋关联的作用来影响介电常数和电极化。同时，拙合作用对磁系统也有影响，随着杂质浓度的增加，藕合作用对磁系统的影响增强。

关键词：量子顺电体横场伊辛模型海森堡模型铁电磁磁电耦合介电异常软模理论 Jessen-维畴壁运动

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一维非均匀磁性体系的自旋波理论研究

一维非均匀磁性体系的自旋波理论研究

引用

作者：彭丽君广州大学

学位级别：硕士

磁性是物质的基本属性。从研究物质的磁性及其形成机理出发,探讨提高磁性材料性能的新途径,开拓磁性材料新的应用领域已成为当代磁学的主要研究内容和方法。本文采用自旋波理论方法研究了非均匀的铁磁材料和一维空间各向异性的海森堡反... 详细信息

磁性是物质的基本属性。从研究物质的磁性及其形成机理出发,探讨提高磁性材料性能的新途径,开拓磁性材料新的应用领域已成为当代磁学的主要研究内容和方法。本文采用自旋波理论方法研究了非均匀的铁磁材料和一维空间各向异性的海森堡反铁磁模型。本文的第一章绪论介绍了本文的研究背景和研究内容及所采用的方法。第二章研究了体非均匀性对垂直磁化薄膜中的自旋波的影响。利用自旋波的半经典理论,得到磁化强度的运动方程。运用非简并微扰方法,求得运动方程的本征函数、本征值以及自旋波的色散关系。并分析了两种体不均匀参数对自旋波色散关系的影响。在第三章中,我们利用自旋波理论的方法研究了自旋S=1/2低温下的一维各向异性的反铁磁海森堡模型的磁性质,推导得到了内能和比热与温度的关系:U（T）-Tα和Cm（T）-Tβ,同时研究还得出指数α,β与各向异性参数,内磁场的关系。在零温和零磁场的条件下,计算得到基态能量和长程序,讨论得出在各向异性参数值小于1时,长程序的值不会消失。在各向同性的情况下,我们计算得到的长程序的结果与各向同性的链模型的结果一致。第四章是本文的结论和以后工作的展望。

关键词：自旋波理论海森堡模型各向异性内能比热

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量子保真度及其应用

量子保真度及其应用

引用

作者：王妍浙江大学

学位级别：硕士

量子保真度是量子信息中一个重要的概念,本论文中主要研究了二粒子海森堡模型在热态下的保真度和用约化保真度来刻画一维自旋1,2反铁磁受抑海森堡链中的量子相变。\n 第一章,我们简单介绍了量子信息并回顾了保真度的发展以及对保真... 详细信息

量子保真度是量子信息中一个重要的概念,本论文中主要研究了二粒子海森堡模型在热态下的保真度和用约化保真度来刻画一维自旋1,2反铁磁受抑海森堡链中的量子相变。\n 第一章,我们简单介绍了量子信息并回顾了保真度的发展以及对保真度的定义做了简单的介绍。\n 第二章,主要介绍了纯态和混态下的量子保真度和敏感度,并且对于从混态到纯态的量子保真度做了推导。在本章节最后,我们计算了二粒子海森堡模型在热态下的保真度。\n 第三章中,我们用约化保真度来刻画一维自旋1/2反铁磁受抑海森堡链中的量子相变。对于基态和低激发态,最近邻和次近邻间的约化保真度的精确结果会以偶数自旋和奇数自旋为例给出。我们发现在有能级交叉的有限大尺寸系统中,约化保真度是一个测量量子相变的有效工具。有意思的是,次近邻自旋间的约化保真度在相变点比近邻自旋的情况更加敏感。而且,低激发态的约化保真度对系统的一阶相变和无穷阶相变都能给出很好的指示。

关键词：量子保真度量子信息敏感度量子相变海森堡模型低激发态

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