一维关联电子体系的非费米液体行为的研究

The one-dimensional correlated electronic system is one of the hot spots in the condensed matter physics currently. In one dimension, quantum fluctuations are drastic and electron correlations are strong, so the traditional Fermi liquid theory becomes invalid. In the frame of the non-Fermion liquid theory, how to handle complicated electronic interactions is one of the centers and difficulties of one-dimensional correlated electron systems. By the analytical methods togeter with numerical calculations, this project systematically studies correlation effects and non-Fermion liquid behaviors of the one-dimensional electronic system, mainly including the following four aspects: the spin conservation, the spin non-conservation, the half filling and the doping. By generalizing Luttinger liquid theory, symmetric Hubbard model ang Heisenberg model, we investigate the non-Fermion liquid behavior driven by many-body interactions and the corresponding mechanism, provide the richer theoretical models for the low-dimensional physics, and develop and improve the non-Fermion liquid theory.The study provides the physical picture and theory support for quantum property, quantum transition and critical phenomenon of the one-dimensional correlated electron system. This project belongs to the basic scientific research, motived not only by theory demands but also by potential applications.

一维关联电子体系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，电子间关联变强，传统的费米液体理论失效。在非费米液体理论的框架下，如何有效处理电子间复杂的相互作用是研究一维关联电子体系的一个核心和难点。本项目通过解析和数值模拟相结合的方法，从以下四个方面系统研究一维电子体系的关联效应和非费米液体行为：（1）自旋守恒，（2）自旋非守恒，（3）电子半满填充，（4）掺杂。通过对 Luttinger 液体理论、对称 Hubbard 模型和 Heisenberg 模型的推广，我们研究多体作用（二体、三体、四体和自旋交换）下的非费米液体行为特征和具体产生机制，提供更加丰富的低维物理中的理论模型，发展和完善非费米液体理论。为研究一维关联电子体系的物理性质、量子特性、量子相变和临界现象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，既是凝聚态物理中的理论需要，也具有一定的应用前景。

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。在一维情况下，电子的低能激发表现为集体行为，这时平均场近似方法失效，体系性质不再为传统费米液体理论所描述。在非费米液体行为的特性下，如何处理一维体系中复杂的电子跃迁和多体相互作用成为一个非常重要的问题。. 本项目在以下五个方面系统地研究了一维关联电子体系的量子特性，并取得了一系列有意义的结果。（1）自旋守恒下的一维关联电子体系的非费米液体行为；（2）三体和四体作用下的一维关联电子体系的非费米液体行为；（3）相互作用与自旋相关的一维关联电子体系的非费米液体行为；（4）电子半满填充下的一维关联电子体系的非费米液体行为；（5）掺杂下的一维关联电子体系的非费米液体行为。. 本项目是对一维体系的基态相图和电子运动的一次深入研究。通过建立多种理论模型，我们发展和完善了一维关联电子体系的多体理论，给人们研究低维体系中的关联效应和量子特性提供了更多的理论模型和物理图像。研究结果极大提高人们对一维电子体系的非费米液体行为的理解和处理。