強相関ボース粒子系の理論的研究－超固体状態の追究

强相关玻色子系统的理论研究——追求超固态

基本信息

批准号：
10J07472
负责人：
山下耕平
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、量子性の強さ(零点振動の大きさ)が固体一気体相転移へどのような影響を及ぼすのかを調べる事を目的としている。前年度までの計算結果から、温度ゼロの基底状態では、どのような相互作用が働く系でも、量子性が強くなると高密度でなければ固化しないということが分かった。そのため今年度は有限温度における計算をおこなうことによって、熱揺らぎと零点振動(量子効果)の競合を調べた。温度ゼロときと同様に、量子パラメターを指標とし経路積分モンテカルロ法を用いて計算をおこなった。粒子間の相互作用としては簡単のために、ベキ乗の斥力相互作用のみを考え、粒子は区別出来るものとした。また量子パラメターvs転移密度の相図を得るために、初期配置としてFCCの完全結晶からシミュレーションを行った。量子パラメターと密度を変えながら、静的構造因子を計算することによって、平衡状態における(準)安定構造が分かり相図を作る事ができる。その結果、温度一定で量子パラメターを大きくしていくと、転移密度は減少していくが、ある量子パラメターの値のところで減少から増加に転じた。つまり、転移密度は量子パラメターに対してリエントラントな振る舞いをしている事が分かった。また温度を下げると、転移密度が減少から増加に転じる量子パラメターの値は小さくなった。量子パラメターの増加に伴い、転移密度が増加する振る舞いは温度ゼロの計算でも見られるが、量子パラメターが小さな領域で転移密度が減少するのは、有限温度特有の振る舞いである。また、この転移密度が減少する領域では、量子効果(零点振動)によって固化しやすくなっており、この領域が量子性によって固体になっている「真に量子的な固体相」であると考えられる。

本研究的目的是研究量子性质的强度（零点振荡的幅度）如何影响固气相变。从去年的计算结果来看，我们发现，在零温基态下，无论系统中发生什么样的相互作用，如果量子性变强，除非密度很高，否则它不会凝固。因此，今年我们通过在有限温度下进行计算来研究热波动和零点振荡（量子效应）之间的竞争。与零温度情况一样，以量子参数为指标，采用路径积分蒙特卡罗方法进行计算。为了简单起见，我们仅将幂律排斥相互作用视为粒子之间的相互作用，并假设粒子可以被区分。此外，为了获得量子参数与位错密度的相图，我们使用 FCC 的完美晶体作为初始配置进行了模拟。通过在改变量子参数和密度的同时计算静态结构因子，我们可以了解平衡状态下的（准）稳定结构并构造相图。结果表明，在恒定温度下，随着量子参数的增加，位错密度减小，但在量子参数一定值时，跃迁密度由减小变为增加。换句话说，我们发现跃迁密度相对于量子参数具有可重入的行为。此外，随着温度降低，位错密度由减小变为增大时的量子参数值变小。位错密度随着量子参数增加而增加的行为在零温度计算中也观察到，但位错密度在小量子参数区域中减少的行为是有限温度特有的行为。另外，在该跃迁密度降低的区域中，由于量子效应（零点振荡）而变得更容易凝固，并且该区域被认为是由于量子特性而变成固体的“真正的量子固相”。。