一維關(guān)聯(lián)體系粒子激發(fā)譜研究.pdf

1、在凝聚態(tài)物理中，強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系因其豐富的物理內(nèi)涵而成為當(dāng)今實(shí)驗(yàn)和理論研究的前沿課題。由于在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中電子-電子或電子-聲子的相互作用大大增強(qiáng)，其物理性質(zhì)不再由單個電子動能的簡單疊加決定，而是顯示出電子集體行為的特征。電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)和量子聲子漲落對于低維系統(tǒng)的性質(zhì)往往起著決定性作用。
　　 第一章對一維關(guān)聯(lián)體系及其粒子激發(fā)譜進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。Luttinger液體理論描述了一維量子系統(tǒng)的普適的低能的唯象物理特征。這個理論是基于可嚴(yán)

2、格求解的Luttinger模型，此模型的基態(tài)可以被認(rèn)為是一個無相互作用的波色粒子氣體。一般的Luttinger液體理論認(rèn)為，一維關(guān)聯(lián)體系具有如下幾個獨(dú)特并廣泛存在的性質(zhì)。如：體系在費(fèi)米面處不存在準(zhǔn)粒子的激發(fā)；體系的關(guān)聯(lián)函數(shù)都是冪指數(shù)衰減；體系具有自旋電荷分離。自旋電荷分離理論可以被描述成：不同于費(fèi)密液體里面所預(yù)測的那樣，體系的低能激發(fā)并不是準(zhǔn)粒子，而是一些自旋(無電荷)和電荷(無自旋)的集體激發(fā)，并且這些激發(fā)的動力學(xué)性質(zhì)有著很大的差異，

3、造成他們按照不同的速度運(yùn)動，最終分離。角分辨光電子譜(ARPES)是研究自旋電荷分離的最直接的實(shí)驗(yàn)手段之一，在理論上可以通過計(jì)算體系的粒子激發(fā)譜的方法來解釋和對比此實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。而理論上研究一維關(guān)聯(lián)體系的數(shù)值方法很多，比如嚴(yán)格對角化方法，密度矩陣重正化群方法和蒙特卡羅方法等。在本文中，我們主要采取了嚴(yán)格對角化加團(tuán)簇微擾理論的方法。
　　 第二章研究了一維非對稱Hubbard模型在不同填充情況下的譜函數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)譜函數(shù)顯示了一個清楚

4、的變化過程，即從Hubbard模型的自旋電荷分離的圖像到Falicov-Kimball模型的準(zhǔn)粒子激發(fā)的圖像。在這個變化過程中，諸如spinon激發(fā)、holon激發(fā)、孤子激發(fā)、準(zhǔn)粒子激發(fā)等的性質(zhì)和演化過程都可以從譜函數(shù)中清楚的觀察到。這樣的理論預(yù)言有望能夠被角分辨光電子譜的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
　　 第三章通過數(shù)值計(jì)算一維Holstein-Hubbard模型譜函數(shù)的方法，詳細(xì)討論電聲相互作用對于一維體系自旋電荷分離的影響。理論上含有聲子問

5、題的數(shù)值計(jì)算一直是一個難題，這是由聲子的玻色子特性所決定的。針對這種情況，我們發(fā)展了嚴(yán)格對角化加優(yōu)化聲子再加團(tuán)簇微擾理論的方法，來處理包含玻色子的體系，并在實(shí)踐中證明了這種方法的可靠性。通過仔細(xì)地分析對比譜函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)電聲相互作用的推遲效應(yīng)會抑制自旋電荷分離的譜特征。這在以前的研究中并沒有得到足夠的重視。用數(shù)值計(jì)算結(jié)果與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如準(zhǔn)一維材料TTF-TCNQ的ARPES實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行對比，可以直觀地看到電聲作用所扮演的角色。與此