發(fā)布時間：2020-12-13 14:50

　　量子模擬是用一個可控的量子體系來對目標量子體系進行模仿,從而研究其運行規(guī)律。因為利用經(jīng)典計算機模擬量子系統(tǒng)是困難的,所以量子模擬是研究量子體系的一個重要的研究方法。很多可控的量子體系,如超冷原子、離子阱、超導(dǎo)電路、液體核磁和固態(tài)自旋體系等都可以作為量子模擬器,并在凝聚態(tài)物理、高能物理、原子物理、量子化學(xué)以及宇宙學(xué)等很多領(lǐng)域有很多潛在應(yīng)用。本文主要討論利用金剛石氮-空位色心體系來對拓撲物相進行模擬,并通過研究其非平庸的淬火動力學(xué)來研究其拓撲性質(zhì)。首先介紹了金剛石NV色心的基本知識和實驗技術(shù),以及動力學(xué)拓撲相分類的一般理論。之后進入本文的主體部分,介紹我們在自主搭建的低溫光探測磁共振平臺上完成的一系列工作,主要包括以下三個方面:1.利用基于金剛石NV色心電子自旋的單比特體系,我們在動量空間中模擬了二維反常量子霍爾效應(yīng)模型。首先我們在實驗上展示了體內(nèi)的非平庸拓撲與動量空間能帶反轉(zhuǎn)面上衍生的動力學(xué)自旋極化場的拓撲之間的關(guān)系,也就是動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系,以此進行拓撲相分類。接著我們進一步驗證這種基于動力學(xué)的拓撲相分類方法的普適性:不僅不依賴具體的淬火過程,并且適用于更高的拓撲不變量。最后我們研究了... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 本文結(jié)構(gòu)
第2章 金剛石NV色心體系
    2.1 金剛石NV色心體系的性質(zhì)
        2.1.1 對稱性匹配的波函數(shù)基矢
        2.1.2 電子間庫倫相互作用
        2.1.3 自旋軌道相互作用
        2.1.4 自旋自旋相互作用
        2.1.5 電場、應(yīng)力和應(yīng)變
        2.1.6 磁場和超精細耦合
        2.1.7 光激發(fā)下的動力學(xué)過程
    2.2 低溫光探測磁共振實驗平臺
        2.2.1 低溫部分
        2.2.2 光學(xué)部分
        2.2.3 電子學(xué)部分
        2.2.4 軟件部分
    2.3 金剛石NV色心實驗技術(shù)
        2.3.1 激發(fā)態(tài)能級的電場調(diào)控
        2.3.2 電荷態(tài)的讀出和調(diào)控
        2.3.3 電子自旋態(tài)的Singleshot讀出
第3章 動力學(xué)拓撲相分類
    3.1 能帶拓撲的表征
    3.2 淬火動力學(xué)
    3.3 動力學(xué)拓撲表征
第4章 二維陳絕緣體中的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系
    4.1 研究背景
    4.2 用NV體系模擬二維陳絕緣體模型
        4.2.1 二維量子反常霍爾模型
        4.2.2 NV體系和兩能帶模型的對應(yīng)
    4.3 動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系的實驗觀測
        4.3.1 探測能帶反轉(zhuǎn)面
z方向淬火觀測QAH模型中的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系">        4.3.2 沿σ_z方向淬火觀測QAH模型中的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系
x方向淬火觀測QAH模型中的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系">        4.3.3 沿σ_x方向淬火觀測QAH模型中的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系
        4.3.4 高陳數(shù)下的動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系
    4.4 退相干對實驗結(jié)果的影響
    4.5 小結(jié)
第5章 三維手性拓撲絕緣體的量子模擬
    5.1 研究背景
        5.1.1 三維手性拓撲絕緣體
    5.2 用NV體系模擬三維手性拓撲絕緣體模型
        5.2.1 淬火后動力學(xué)
        5.2.2 深淬火和淺淬火
        5.2.3 自旋極化的讀出及其時間平均
    5.3 動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系的實驗觀測
        5.3.1 能帶反轉(zhuǎn)面的動力學(xué)探測
        5.3.2 衍生動力學(xué)自旋極化場的探測
        5.3.3 通過動力學(xué)體面對應(yīng)關(guān)系表征拓撲相
        5.3.4 三維手性拓撲相的對稱保護
    5.4 拓撲荷的實驗觀測
        5.4.1 拓撲荷的動力學(xué)探測
        5.4.2 衍生動力學(xué)拓撲轉(zhuǎn)變
    5.5 退相干對結(jié)果的影響
    5.6 小結(jié)
第6章 朝向多比特量子模擬
    6.1 弱耦合核自旋探測
    6.2 核自旋輔助的Singleshot讀出
    6.3 基于自旋電荷轉(zhuǎn)化的Singleshot讀出
    6.4 小結(jié)和展望
第7章 總結(jié)與展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Dynamical classification of topological quantum phases[J]. Lin Zhang,Long Zhang,Sen Niu,Xiong-Jun Liu.  Science Bulletin. 2018(21)



本文編號：2914721