荷电旋量玻色气体磁学性质的研究

物质磁性一直是凝聚态物理的重要领域，但以往工作大多以费米子（局域的或巡游的电子）为研究对象；有关玻色系统磁性的研究相对较少，值得特别关注。目前对无自旋荷电玻色气体的研究表明，由于电荷自由度的存在，在磁场中玻色-爱因斯坦凝聚通常不能发生，但在低温下依然呈现类似迈斯纳效应的强抗磁性。本项目研究荷电旋量玻色气体的磁学性质。自旋自由度的增加将引起顺磁性；如果粒子之间存在铁磁作用，还会引起铁磁性，其中的磁性行为将更加复杂。抗磁性与顺磁性和铁磁性之间存在着激烈的竞争关系。本项目将讨论这种竞争关系可能引起的奇异的物理现象，探讨在其中恢复玻色-爱因斯坦凝聚的条件以及由此产生的后果，进一步研究迈斯纳效应与铁磁性共存态的特征。通过与费米系统及玻耳兹曼系统的研究结果进行比较，以期对物质磁性的认识更加全面。其中关于迈斯纳效应与铁磁性共存态的研究将有助于加深人们对近年来发现的铁磁超导电性的理解。

到目前为止，人们已经对有关费密子（局域的或巡游的电子）的磁性问题进行了广泛的研究，而关于玻色系统磁性的研究相对较少。玻色气体在理解奇异量子现象中扮演重要角色，值得特别关注。对荷电玻色气体，轨道运动将引起非常强的Landau抗磁性，而对于荷电旋量玻色气体，自旋自由度的存在会导致顺磁性。因此我们建立的物理模型中哈密顿量由Landau能量项与Zeeman能量项共同描述。我们引入Lande因子g度量顺磁效应的强度。研究了荷电旋量玻色气体的顺磁性和抗磁性的竞争。得到了发生抗磁与顺磁转变时Lande因子临界值对温度的依赖行为。讨论了系统磁化强度密度对于Lande因子g和磁场的依赖行为。我们还将我们的研究扩展到玻耳兹曼气体，从而检验玻色气体的高温行为。我们发现高温极限条件下玻色气体的Lande因子临界值合理地等于玻耳兹曼气体的Lande因子临界值。为了加深对铁磁超导电性的理解，我们进一步探讨了存在铁磁耦合相互作用的荷电旋量玻色气体的磁学性质。在这样的系统中，磁性行为将更加复杂，因为顺磁性、抗磁性和铁磁性相互竞争。我们说明了在非常弱的磁场下，由于自发磁化产生的抗磁性不能超过铁磁性。得到的弱场条件下约化临界铁磁耦合强度与约化温度的相图说明温度越高，自发磁化越难于发生。我们还预言了弱磁场下凝聚的发生。鉴于维度在量子气体磁学性质中的重要作用，我们讨论了二维荷电旋量玻色气体的磁学性质。我们的结果说明不同于三维荷电玻色气体，弱场条件下二维荷电旋量玻色气体没有凝聚发生。对比玻色气体，我们进行了二维荷电费密气体磁学性质的研究，得到了与三维荷电费密气体相似的结果。