一维多体系统中的电子关联及其量子基态的研究

The one-dimensional quantum many-body electronic system is one of the hot spots in the condensed matter physics currently. In one dimension, quantum fluctuations are drastic and electron correlations become much more strong, so that the traditional Fermi liquid theory and single electron picture become invalid. In the frame of the non-Fermion liquid theory, how to handle complicated electron interactions is one of the centers and difficulties of the one-dimensional physics. Combining the analytical and numerical calculation approach, we systematically study electron correlation and quantum ground state of the one-dimensional electronic system, and it is expected to obtain interesting results. Specifically, we investigate effects of electron interactions (two-, three- and four-body coupling, electron hopping pattern (spin conservation and spin non-conservation), and electron concentration (at and out of half filling) on the ground state of the one-dimensional system, and clarify the corresponding quantum phase transition mechanism. The results help us to deal with the many-body question in the low-dimensional physics, and provides further physical picture and theoretical support for low-energy behavior, quantum transition and critical phenmenon of the one-dimensional correlated electronic system. This project belongs to the basic scientific research, which is motived not only by theory demands but also by potential applications. At the same time, the study can make contributions to the condensed matter physics in Xinjiang.

一维量子多体电子系统是当前凝聚态物理中的研究热点之一。在一维情况下，量子涨落显著，电子关联变强，传统的费米液体理论和单电子图像失效。在非费米液体理论的框架下，如何有效处理复杂的电子相互作用是研究一维物理体系的核心和难点。通过解析和数值计算相结合的方法，本项目拟对一维电子体系的关联及其量子基态进行研究，有望得到一些有意义的结果。具体来说，我们研究电子的相互作用（二体、三体和四体）、电子的跃迁方式（自旋守恒和非守恒）和电子的浓度（半满和非半满）对一维电子体系的基态的影响，阐明不同情形下量子相变的产生机理。研究成果有助于人们处理低维物理中多体问题，为研究一维关联电子体系的低能物理行为、量子相变和量子临界行为提供进一步的物理图像和理论支持。本项目属于基础科学研究，既是凝聚态物理的理论需要，也具有一定的应用前景，同时也为新疆地区凝聚态物理发展做出贡献。

低维强关联电子体系因其丰富的物理内涵而成为在凝聚态物理中前沿课题之一。如何处理一维体系中电子关联和理解体系的基态特性，成为一个非常重要的问题。. 在本项目中，我们通过不同的理论模型系统地研究了一维体系中的电子关联效应和量子特性。主要研究内容包括四个方面：第一，研究了电子自旋各向异性的一维体系的基态特性；第二，研究了在位电荷作用不等价的一维体系的基态特性； 第三，研究了三体和四体对角相互作用对一维关联电子体系基态的影响； 第四，研究了单电子非常规跃迁对一维体系基态特性的影响。. 本项目发展了一维关联电子体系的多体理论，为研究低维体系中的关联效应和基态特性提供了进一步物理图像。研究结果能提高人们对一维关联电子体系低能物理行为的理解，同时又提升新疆地区凝聚态物理的研究水平。