量子ラチェットの基礎的研究

量子棘轮的基础研究

基本信息

  • 批准号:
    10874060
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Exploratory Research
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

熱揺らぎから運動を取りだす機構として、"熱ラチェット2"の研究が盛んに行なわれている。本研究では、熱ラチェットの概念を量子領域へ拡張した"量子ラチェット"の概念を提案し、その性質に関する基礎的研究を行なった。これは、分子機械や量子効果を使った微小デバイスなど、量子効果が無視できないほど小さな系が将来構築されることを念頭に置いたものである。量子ラチェットとは、空間非対称な周期ポテンシャル中で散逸と変動外力を受けながら粒子が量子拡散するものを指す。中でも本研究では、具体的なモデルとして、準古典モデルおよび量子性のより強いタイトバインディングモデルのふたつをとりあげた。準古典モデルについては、経路積分法によって解析的に量子トンネル効果を扱い、粒子の一方向流が形成されることを示した。巨視的な流れの形成には散逸が必須であり、逆に散逸があれば絶対0度でも流れが生じる。一方、タイトバインディングモデルについては、密度行列の時間発展を記述する微分方程式系を直接数値的に解いて、やはり一方向流の形成を確認した。こちらのモデルでも絶対0度でも流れが発生する。また、発生した流れの外力や温度に対する依存性をエネルギーレベルの分布と比較し、エネルギーギャップと外力周期や温度との共鳴が散逸効果によって取りだされることにより流れが形成されていることを見いだした。すなわち、このモデルでの流れの形成は、純粋に量子力学的効果によるものである。
热棘轮 2 作为一种通过热波动产生运动的机构正在积极研究。在本研究中,我们提出了“量子棘轮”的概念,这是热棘轮概念向量子领域的延伸,并对其性质进行了基础研究。这是考虑到未来构建的系统的量子效应是如此之小以至于不能被忽视,例如使用量子效应的分子机器和微观设备。量子棘轮是指在空间不对称的周期性势中进行量子扩散,同时接受耗散和波动外力的粒子。在本研究中,我们选择了两种具体模型:准经典模型和具有更强量子特性的紧束缚模型。对于准经典模型,我们使用路径积分方法分析处理了量子隧道效应,并表明形成了单向的粒子流。耗散对于宏观流动的形成至关重要,反之,如果存在耗散,即使在绝对0度也会出现流动。另一方面,对于紧束缚模型,通过直接数值求解描述密度矩阵时间演化的微分方程组也证实了单向流的形成。在此模型中,即使在绝对 0 度时也会发生流动。我们还将产生的流动对外力和温度的依赖性与能级分布进行了比较,发现流动是由耗散效应提取的能隙与外力周期和温度之间的共振形成的。也就是说,该模型中的流动形成纯粹是由于量子力学效应造成的。

项目成果

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