关联电子系统与玻色场相互作用的理论研究

The interaction between correlated electrons and bosonic field is an important research topic in areas of condensed state physics and quantum physics. In theoretical viewpoint, the properties of this kind of interacting systems were determined by two factors: the coupling strength between electrons and bosonic field and their own characteristic energy scales. For weak or strong coupling case and for the near adiabatic limit we already have good theory. But for intermediate coupling strength and the non-adiabatic case there is still a lack of working theoretical approach. The goal of this project is to develop an theoretical approach to study the intermediate coupling strength and non-adiabatic cases. We will study: 1. how to deal with the non-adiabaticity arising from the strongly correlated electrons; 2. how to deal with the correlation and competition between strongly correlated electrons and their interaction with bosonic fields; 3. the coupling between various degrees of freedom of correlated electrons, e.g., charge, spin, orbital, as well as the lattice phonons, and how to calculate the physical quantities which can be compared with experiments.

关联电子系统与玻色场相互作用是凝聚态物理和量子物理等研究领域中的重要科学问题。从理论研究的角度，决定这类相互作用系统物理性质的主要是两个因素：两者耦合的强度和各自的特征能量标度。在耦合强度较弱或很强以及两者能量标度相差较大的近绝热情形，理论上已有较好的处理方法。但对中间耦合强度以及非绝热情形尚缺乏相应的理论方法。本项目目标是针对中间耦合强度以及非绝热情形发展一套解析的理论研究方法，要求它在耦合强度较弱或很强以及两者能量标度相差较大的近绝热情形与已有的理论一致。由此出发研究：1、如何处理多电子系统的强关联特性导致的非绝热性及其物理效应；2、如何在超越平均场近似的基础上同时处理电子间关联及其与玻色场相互作用的互相联系和互相竞争；3、关联电子系统的电荷、自旋及轨道自由度之间的耦合以及与晶格自由度之间的相互作用问题，并计算可与实验做比较的物理量。

针对电子系统与玻色场相互作用问题，特别是针对电子系统与玻色场相互作用具有中等耦合强度并且两者能量标度相近或相等的非绝热情形，本项目在传统的电声子耦合极化子幺正变换的基础上，发展了一套解析的理论研究方法：通过幺正变换途径引入变换参数，从而消去电子系统与玻色场相互作用哈密顿中的反旋转波项而得到重整化的旋转波形式相互作用。由此我们成功地研究了几种电子系统与玻色场相互作用的问题：1、研究了电子系统与玻色场之间相互作用强关联时导致耦合共振点出现的Bloch-Siegert移动及相关的物理效应；2、尝试用超越平均场近似处理电子系统与多个玻色场之间的相互作用，包括计算隧穿相干淬灭，共振荧光谱和泵浦-探测谱等可与实验做比较的物理量；3、探讨了电子系统与玻色场之间的相互作用可以通过对玻色场的操控来加以调制的可能性，从而有可能实现对电子系统与玻色场之间相互作用的操控。