质量不平等强关联电子系统中非平衡量子效应的研究

To explore the exotic physical properties in strongly correlated electronic system, people would use the conventional techniques, such as: Neutron and X-ray scattering, ARPES, STM, etc. These techniques are usually used to study the equilibrium properties. Since the fast development of ultra-fast time-resolved spectropy, condensed matter physicist tried to study the response of the system as a result of the pump light. In this way, we can get the information of equilibrium states. Theoretically, study of these materials is always challenging the our view of solid state. In the past, physicist would focused their attention in the mass-balanced single-band Hubbard, where mass-balanced means the hopping integral is the same for spin-up and spin-down electrons. In this proposal, we would focus our attention on the mass-imbalanced strongly correlated system and study its effect on the non-equilibrium properties. The technique we used to deal with the system is non-equilibrium dynamical mean-field theory.

实验上，对于强关联电子材料中奇异量子特性的研究所采用的传统技术手段主要有，中子散射谱仪、角分辨光电子谱仪、扫描隧道显微镜、X射线散射技术等。这些实验技术手段主要用来研究系统的平衡态性质。近年来，由于超快时间分辨光谱技术的迅猛发展，凝聚态实验物理学家开始尝试用激光脉冲照射强关联电子材料(泵浦/探测实验pump/probe)使之偏离平衡态，通过观察这类材料对于激光脉冲的非平衡响应过程来帮助我们理解平衡态中的电子行为。理论上对于这类费平衡关联电子问题的理解一直挑战着凝聚态物理学家对固体材料的认知。以前的研究主要集中于质量对等的关联电子模型中。这里所说的质量对等可以理解为Hubbard模型中，自旋向上电子的跳跃能和自旋向下电子的跳跃能相等。在本课题中，我们将研究研究质量不对等对系统非平衡态性质的影响。所采用的研究手段为，非平衡动力学平均场理论。

在本项目中，我们采用含时版本的Lanczos方法研究了质量不对等哈伯德模型中的非平衡猝灭动力学过程。首先，我们采用零温Lanczos方法研究了在平衡态时的相图，我们研究发现了较少格点的哈伯德模型（10个格点的周期性链）较好重复出密度矩阵重整化群的计算结果。在相图上存在两种物相的，由于晶体场引起的能带绝缘相以及由于库伦相互作用引起的莫特绝缘相。在考虑非平衡计算的过程中，我们研究了在同一种物相内部的猝灭动力学以及跨越物相的猝灭动力学过程。我们的研究表明，猝灭动力学过程中系统的有效温度很大程度上依赖淬灭过程的时间。时间越长的话，系统的有效温度越低。考虑猝灭过程中，末态的相互作用处于强相互作用区域时，我们发现，序参量的震荡频率随着库伦相互作用增大呈现出有意思的行为，电荷序参量单调递增，自旋序参量单调递减。以上行为，我们利用强相互作用及线下的两格点哈伯德模型较好做出了解释。另一个角度，当考虑末态的相互作用处于弱相互作用区域时， 序参量随着库伦相互作用的减小，呈现出一致的频率增加行为。研究表明序参量的震荡行为主要依赖于系统的特征能量，例如电荷能隙，自旋能隙以及激发态能隙等等。我们的研究可以为冷原子系统中多体行为调控提供策略上的帮助和指导。