荷電旋量玻色氣體磁學性質的研究

《荷電旋量玻色氣體磁學性質的研究》是依託北京科技大學，由秦吉紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：荷電旋量玻色氣體磁學性質的研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：秦吉紅
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

物質磁性一直是凝聚態物理的重要領域，但以往工作大多以費米子（局域的或巡遊的電子）為研究對象；有關玻色系統磁性的研究相對較少，值得特別關注。目前對無自旋荷電玻色氣體的研究表明，由於電荷自由度的存在，在磁場中玻色-愛因斯坦凝聚通常不能發生，但在低溫下依然呈現類似邁斯納效應的強抗磁性。本項目研究荷電旋量玻色氣體的磁學性質。自旋自由度的增加將引起順磁性；如果粒子之間存在鐵磁作用，還會引起鐵磁性，其中的磁性行為將更加複雜。抗磁性與順磁性和鐵磁性之間存在著激烈的競爭關係。本項目將討論這種競爭關係可能引起的奇異的物理現象，探討在其中恢復玻色-愛因斯坦凝聚的條件以及由此產生的後果，進一步研究邁斯納效應與鐵磁性共存態的特徵。通過與費米系統及玻耳茲曼系統的研究結果進行比較，以期對物質磁性的認識更加全面。其中關於邁斯納效應與鐵磁性共存態的研究將有助於加深人們對近年來發現的鐵磁超導電性的理解。

結題摘要

到目前為止，人們已經對有關費密子（局域的或巡遊的電子）的磁性問題進行了廣泛的研究，而關於玻色系統磁性的研究相對較少。玻色氣體在理解奇異量子現象中扮演重要角色，值得特別關注。對荷電玻色氣體，軌道運動將引起非常強的Landau抗磁性，而對於荷電旋量玻色氣體，自旋自由度的存在會導致順磁性。因此我們建立的物理模型中哈密頓量由Landau能量項與Zeeman能量項共同描述。我們引入Lande因子g度量順磁效應的強度。研究了荷電旋量玻色氣體的順磁性和抗磁性的競爭。得到了發生抗磁與順磁轉變時Lande因子臨界值對溫度的依賴行為。討論了系統磁化強度密度對於Lande因子g和磁場的依賴行為。我們還將我們的研究擴展到玻耳茲曼氣體，從而檢驗玻色氣體的高溫行為。我們發現高溫極限條件下玻色氣體的Lande因子臨界值合理地等於玻耳茲曼氣體的Lande因子臨界值。為了加深對鐵磁超導電性的理解，我們進一步探討了存在鐵磁耦合相互作用的荷電旋量玻色氣體的磁學性質。在這樣的系統中，磁性行為將更加複雜，因為順磁性、抗磁性和鐵磁性相互競爭。我們說明了在非常弱的磁場下，由於自發磁化產生的抗磁性不能超過鐵磁性。得到的弱場條件下約化臨界鐵磁耦合強度與約化溫度的相圖說明溫度越高，自發磁化越難於發生。我們還預言了弱磁場下凝聚的發生。鑒於維度在量子氣體磁學性質中的重要作用，我們討論了二維荷電旋量玻色氣體的磁學性質。我們的結果說明不同於三維荷電玻色氣體，弱場條件下二維荷電旋量玻色氣體沒有凝聚發生。對比玻色氣體，我們進行了二維荷電費密氣體磁學性質的研究，得到了與三維荷電費密氣體相似的結果。