一维量子自旋系统的热传导性质

Thermal transport properties of the low-dimensional systems are one of the most important topics in the field of condensed matter physics. As the technology of synthesizing low-dimensional electron material systems developed rapidly, heat conduction can be efficiently controlled in low-dimensional systems. We detailed study the thermal conductivity of one-dimensional quantum spin systems which based on several experimental structure, deeply analysis how the model parameters of anisotropy、magnetic field and temperature changes affect the thermal conductivity asymmetric and thermal rectification, thus form a complete description on the structure parameters modulation of thermal conductivity properties. We study the potential mechanisms of heat conduction in one-dimensional quantum spin systems, and try to provide powerful theory support to experiments on the synthesis and application of low dimensional materials at the same time.

低维体系的热传导性质是凝聚态物理学科中一个重要的研究方向。随着实验上合成低维电子材料系统的技术不断提高，可以实现在低维系统中对热传导的高效操控。本项目通过详细研究几种基于实验所构造的一维量子自旋系统的热传导性质，深入分析模型参数各向异性、外磁场及温度等因素变化如何影响热导率不对称及热整流现象，从而对由结构参数调制的热传导性质形成一个完备的描述。探讨一维量子自旋系统中热传导的潜在机制，同时尝试为实验上低维材料的合成和应用提供有力的理论支持。

项目已完成研究量子自旋1/2异质结构链的热传导性质，此系统通过Jordan-Wigner变换，将其严格映射到费米系统，再用非平衡态格林函数方法得到其热传导性质。研究结果发现此系统的热传导性质是系统结构参数的函数，当外加有限磁场时，有限尺寸的链将传导热，这样外场的加入相当于一个可以控制热流的开关。项目还完成了边界条件对各向异性晶体场中二聚化S=1 Ising链基态性质的影响研究，发现系统的量子相变点强烈依赖于系统的哈密顿参数而与边界条件无关；最小费米能隙在开边界条件时不管系统格点数是奇数还是偶数都是相同的，但在周期性边界条件时不同；最小空穴能隙在横向晶体场为零时，当纵向晶体场参数D1>D2时，系统的基态在非空穴系统，但当D1<D2时，空穴将出现在奇数格点系统的基态中。