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中國科學院物理研究所 EX9組供稿 第10期 2020年02月19日
北京凝聚態物理國家研究中心
莫特相變的經典對應

  在量子多體系統的研究中,基于配分函數建立量子到經典的對應,有時能夠簡化對復雜量子問題的理解,但因為解析處理量子作用量的困難,這一方法往往受到很大限制。最近,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心EX9組的楊義峰研究員指導博士研究生胡丹青、董建軍,與物理所的王磊研究員、中國工程物理研究院材料研究所的黃理研究員合作,結合機器學習方法處理量子作用量,為建立量子到經典對應提供了新的思路。
  莫特相變是強關聯物理中最重要的基礎概念之一,但理論上還缺乏充分理解。人們相信莫特相變與經典氣液相變類似,但一直沒有能建立起詳細的理論對應。楊義峰研究員等人在動力學平均場理論(DMFT)的框架下,基于雜化展開的連續時間量子蒙特卡洛(CT-HYB)方法,結合機器學習將量子雜質模型的有效作用量映射到一個經典的雙原子分子系統,發現分子間的相互作用隨間距呈簡單的指數形式。在此映射下,量子模型的莫特轉變對應于經典分子氣體的氣液轉變,并受到相互作用力程的控制。
  以上初步結果為理解莫特轉變提供了新的視角,擴展了傳統的量子-經典對應方法的應用范圍。相關文章發表于Phys. Rev. B 101, 075111 (2020),被選為編輯推薦。該工作得到了基金委(11974397、11874329)和科技部重點研發計劃(2017YFA0303103)的支持。

[1] Danqing Hu, Jian-Jun Dong, Li Huang, Lei Wang*, and Yi-feng Yang*, Phys. Rev. B 101, 075111 (2020).
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.075111

圖1:半滿單帶Hubbard模型的典型相圖,莫特轉變為一級相變,陰影為回滯區。
圖2:有效雜質模型的CT-HYB量子位形到經典分子氣體位形的映射。
圖3:利用假設的經典分子氣體能量函數擬合量子位形權重,得到分子間相互作用隨兩者距離的函數形式。
圖4:經典參數空間(V0 、\(\xi\))中的莫特轉變過程,受相互作用力程\(\xi\)控制,V0 只在莫特相變時出現躍變,或類似于氣液轉變中的體積。
下載附件>> PRB 101, 075111 (2020).pdf
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