一维量子自旋链中拓扑有序态的物理描述

摘要：

一维量子多体系统是凝聚态物理学中的重要研究方向之一，其中的新奇量子物态则是重要的研究课题。本文我们首先简要回顾一维量子整数自旋链体系的相关研究背景，然后提出一类SO（n）对称的严格可解量子自旋链模型及其矩阵乘积基态。当奇数n≥3时，体系的基态为Haldane相。利用这类态中隐藏的稀薄反铁磁序，我们找到了刻画这类态的非局域弦序参量，并在隐藏拓扑对称性的统一框架下解释了稀薄反铁磁序以及边缘态等奇特现象的起源。当偶数n≥4时，体系的基态为二聚化态。这些态属于破缺平移对称性的非Haldane相，但同样具有隐藏的反铁磁序。通过这些严格解的研究，我们还得到了一维SO（n）对称的双线性一双二次模型的基态相图，并发现在n≥5时，一维SO（n）对称的反铁磁海森堡模型的基态处于二聚化相中。基于以上这些结果，我们推广构造了一维平移不变且包含李群G对称性的ValenceBondState（VBS）态，并利用其矩阵乘积表示讨论了对应哈密顿量的构造方法。对于自旋为S的量子整数自旋链，我们研究了两类具有不同拓扑属性的VBS类，前一类VBS态的边缘态处于su（2）自旋J的不可约表示，后一类VBS态的边缘态为S0（2S＋1）旋量。在前一类态中，我们以自旋为1的费米型VBS态为例构造了对应的哈密顿量。对后一类态，我们证明了它们等价于S0（2S＋1）矩阵乘积态，从而揭示了呈展对称性的起源和边缘态的性质。，我们还推广了SO（5）对称的玻色型和费米型VBS态，并探讨了它们的拓扑刻画方式。

关键词：量子自旋链、矩阵乘积态：拓扑序、Mott绝缘体

所属期刊栏目：32

分类号：O41(理论物理学)

在线出版日期：2012-06-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共32页

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