《少電子系統中電子關聯的大尺度計算研究》是依託蘭州大學，由羅洪剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：少電子系統中電子關聯的大尺度計算研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：羅洪剛
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
凝聚態物理中的一些基本問題如過渡族金屬的巡遊鐵磁性，銅基高溫超導體以及近年發現的鐵基超導體的超導機理等與電子之間的關聯密切相關。但是，人們對電子之間的關聯,特別是強關聯電子體系中電子關聯的認識仍然不清楚，問題的解決也許需要超越傳統的費米液體理論。在這方面，電子關聯的數值精確的計算能夠為理論框架的發展提供有益的幫助。本項目著眼於量子化學密度矩陣重正化群(DMRG)算法的套用研究。一方面DMRG是當今能夠處理電子關聯效應最有效的方法之一，在另一方面基於該方法有希望編寫一個能夠計算多體系統電子結構的一個較通用的程式。具體地，我們使用最佳化的量子化學DMRG方法精確計算少電子體系如原子，分子，量子點等系統中的電子關聯效應，解決這類系統中的一些基本問題如洪特規則的物理本質，電子如何從高密度的液體演化到低密度的固體，以及在這個過程中電子性質的變化。這些問題的解決有利於研究更複雜系統的電子關聯問題。
結題摘要
凝聚態物理中的一些基本問題都與系統中的電子關聯有關，因此電子關聯的描述和計算是理解多體物理的關鍵。本項目立足於少電子（或少自由度）系統電子關聯的解析或數值精確計算，理解多體物理中最基本的模型或組成單元中的關聯效應。主要的工作思路是發展並最佳化密度矩陣重正化群(DMRG)算法，並開發DMRG的一個初級軟體包，擴展其套用範圍；通過該算法的套用，結合解析方法，理解少電子（或少自由度）系統的一些基本性質，如過渡金屬原子中的洪特規則，低密度電子體系中的關聯性質等。主要進展及結果如下：1、開發出能夠處理任意二次量子化形式的哈密頓量的DMRG程式，並嵌入到量子化學計算的開放軟體psi4中，可以在Hartree-Fock計算的基礎上方便使用DMRG計算關聯效應。在提高DMRG算法的效率方面，通過最小化系統環境糾纏最佳化了基矢，有望有效地處理二維系統或量子化學中有長程相互作用的系統；使用最新的圖形（GPU）並行計算技術，計算速度比文獻中的算法提高了至少五倍，加快了後續問題研究的進程；2、使用DMRG算法，研究了一維具有長程相互作用的t-J模型的基態相圖。該模型是描述銅基高溫超導體電子性質的基本模型，能夠刻畫銅基高溫超導體的許多性質，包括金屬相、超導相等。但是，高溫超導機制，特別是欠摻雜區域正常態所觀察到的贗能隙現象還沒有很好地理解。通過研究具有長程相互作用的t-J模型，發現在低密度區域，在金屬相中有自旋配對態形成，而其直接的原因是長程相互作用導致的阻挫效應。該工作的科學意義在於意識到反鐵磁相互作用中的阻挫行為可能對贗能隙形成有重要的關係；3、為精確處理少自由度系統，如磁性雜質等，開發了全密度矩陣數值重正化群程式，並精確計算了有結構的環境電子庫的磁性雜質的磁化率，發現Wilson早期提出的，並被廣泛套用的雜質磁化率的計算方法在處理有結構的環境電子庫的磁性雜質的磁學性質時，會導致非費米液體和近藤抗磁行為，而這些奇異行為都是由於對Wislon算法的不當擴展導致的。該工作的意義在於提供了計算該類系統熱力學性質的標準算法； 4、結合數值方法，對重費米子系統和少自由度系統如量子點、Rabi模型等開展了系列研究，得到有啟發意義的結果，如使用形變極化子概念完全理解了Rabi模型中三個能量尺度的競爭，對多體系統的基矢最佳化提供思路。受項目資助發表SCI論文43篇，培養畢業博士6人，碩士3人。
