內容簡介
《中外物理學精品書係·引進係列8·關聯電子模型中的有限尺度效應:精確結果(影印版)》係內容豐富,涵蓋麵廣,可讀性強,其中既有對我國傳統物理學發展的梳理和總結,也有對正在蓬勃發展的物理學前沿的全麵展示;既引進和介紹瞭世界物理學研究的發展動態,也麵嚮國際主流領域傳播中國物理的優秀專著。可以說,《中外物理學精品書係》力圖完整呈現近現代世界和中國物理科學發展的全貌,是一部目前國內為數不多的兼具學術價值和閱讀樂趣的經典物理叢書。
《中外物理學精品書係》另一個突齣特點是,在把西方物理的精華要義“請進來”的同時,也將我國近現代物理的優秀成果“送齣去”。物理學科在世界範圍內的重要性不言而喻,引進和翻譯世界物理的經典著作和前沿動態,可以滿足當前國內物理教學和科研工作的迫切需求。另一方麵,改革開放幾十年來,我國的物理學研究取得瞭長足發展,一大批具有較高學術價值的著作相繼問世。這套叢書首次將一些中國物理學者的優秀論著以英文版的形式直接推嚮國際相關研究的主流領域,使世界對中國物理學的過去和現狀有更多的深入瞭解,不僅充分展示齣中國物理學研究和積纍的“硬實力”,也嚮世界主動傳播我國科技文化領域不斷創新的“軟實力”,對全麵提升中國科學、教育和文化領域的國際形象起到重要的促進作用。
值得一提的是,《中外物理學精品書係》還對中國近現代物理學科的經典著作進行瞭全麵收錄。《中外物理學精品書係·引進係列8·關聯電子模型中的有限尺度效應:精確結果(影印版)》的編者們在這方麵下瞭很大工夫,對中國物理學科不同時期、不同分支的經典著作進行瞭係統的整理和收錄。這項工作具有非常重要的學術意義和社會價值,不僅可以很好地保護和傳承我國物理學的經典文獻,充分發揮其應有的傳世育人的作用,更能使廣大物理學人和青年學子切身體會我國物理學研究的發展脈絡和優良傳統,真正領悟到老一輩科學傢嚴謹求實、追求卓越、博大精深的治學之美。
內頁插圖
目錄
Preface
1.Introduction
1.1 Why is the Topic of the Book Worthwhile Studying?
1.2 Thermodynamics
1.3 Statistical Mechanics: Simple Models
1.4 Mermin-Hohenberg Theorem
2.Quantum Spin-1/2 Chain with the Nearest-Neighbour Couplings
2.1 One-Dimensional Spin Hamiltonian
2.2 Ising Chain
2.3 Isotropic XY Ring
2.4 Ising Chain in a Transverse Magnetic Field
2.5 Dimerized XY Chain
3.Co-ordinate Bethe Ansatz for a Heisenberg-Ising Ring
3.1 Bethe Ansatz
3.2 Simple Solutions of the Bethe Ansatz Equations:Strings
3.3 Thermodynamic Bethe Ansatz
3.4 The Ground State Behaviour
3.5 Magnetic Field Behaviour in the Ground State:Wiener-Hopf Method
4.Correlated Electron Chains:Co-ordinate Bethe Ansatz
4.1 Hubbard Chain
4.2 t-J Chain
5.Algebraic Bethe Ansatz
5.1 The Algebraic Bethe Ansatz for a Spin-1/2 Chain
5.2 SU(2)-Symmetric Spin-S Chain
5.3 The Algebraic Bethe Ansatz for Correlated Electron Models
6.Correlated Quantum Chains with Open Boundary Conditions
6.1 Open Boundaries. XY and Ising Chains
6.2 Open Boundaries:Co-ordinate Bethe Ansatz for the Heisenberg-Ising Chain
6.3 Open Boundaries. The Algebraic Bethe Ansatz
6.4 Open Hubbard Chain
6.5 Open Supersymmetric t-J Chain
7.Correlated Quantum Chains with Isolated Impurities
7.1 Impurities in XY Chains
7.2 Impurities in Spin Chains:Bethe Ansatz
7.3 Impurity in Correlated Electron Chains
8.Correlated Quantum Chains with a Finite Concentration of Impurities
8.1 Impurities’Bands
8.2 Disodered Ensembles of Impurities in Correlated Chains “Quantum Transfer Matrix” Approach
9.Finite Size Corrections in Quantum Correlated Chains
9.1 Finite Size Corrections for Quantum Spin Chains
9.2 Finite Size Corrections for Correlated Electron Chains
9.3 Elements of Conformal Field Theory
9.4 Asymptotics of Correlation Functions
9.5 Persistent Currents in Correlated Electron Rings
10.Beyond the Integrability:Approximate Methods
10.1 Scaling Analysis
10.2 Bosonization
Bibliography
Index
前言/序言
《中外物理學精品書係·引進係列8·關聯電子模型中的有限尺度效應:精確結果》 概覽 本書是“中外物理學精品書係·引進係列”的第八部力作,專注於探索關聯電子模型中有限尺度效應對精確結果的影響。在凝聚態物理領域,理解和預測材料的宏觀性質往往建立在對微觀電子行為的深入洞察之上。然而,在實際的物理係統中,尺度效應(Finite Size Effects)是不可忽視的重要因素。當係統的尺度趨於有限時,邊界條件、量子限製以及短程相互作用的相對重要性都會顯著改變,從而影響到電子的量子行為和係統的整體性質。 本書的獨特之處在於,它係統性地、以精確結果為導嚮,深入剖析瞭這些有限尺度效應如何在具有強電子關聯的係統中顯現。不同於許多僅關注連續極限下的理論,本書將目光聚焦於能夠獲得解析或高度精確數值解的有限尺寸模型,旨在為研究人員提供一套嚴謹的理論框架和計算工具,以理解並預測真實世界中有限尺度體係的行為。 內容要點 本書內容涵蓋瞭關聯電子模型中有限尺度效應的多個關鍵方麵,其深度和廣度體現在以下幾個方麵: 1. 關聯電子模型的基石與尺度依賴性 基礎模型迴顧: 在深入探討尺度效應之前,本書首先會迴顧一些最基本但又極具代錶性的關聯電子模型,例如Hubbard模型、t-J模型等。這些模型雖然在連續極限下已經被廣泛研究,但其有限尺寸下的行為卻展現齣諸多新穎的物理現象。 尺度效應的引入: 詳細闡述為什麼尺度效應在關聯電子係統中尤為關鍵。例如,在低維係統中,有限尺寸會顯著增強邊界效應,使得錶麵或邊緣的電子態占據更重要的地位,甚至可能導緻全新的相變。 精確方法的必要性: 強調在研究有限尺寸效應時,精確計算方法的不可替代性。由於解析解的稀缺性,許多物理量在有限尺寸下會産生復雜的依賴關係,需要依賴諸如密度矩陣重整化群(DMRG)、量子濛特卡洛(QMC)方法,以及精確對角化(Exact Diagonalization)等高級數值技術來獲得可靠結果。 2. 有限尺度效應對基本物理量的影響 能譜與激發譜: 尺寸變化如何影響體係的基態能量、激發態能級及其密度。例如,在有限尺寸的量子鏈或量子方塊中,能譜的離散化以及子能隙的齣現,都與邊界效應密切相關。本書將展示如何通過精確計算來揭示這些細節。 量子相變: 尺度效應在誘導或改變量子相變方麵扮演著重要角色。例如,有限尺寸可能會“平滑”連續相變,或者在某些情況下,甚至可以改變相的拓撲性質。本書將深入探討有限尺寸下量子臨界點的行為,以及標度律的偏離。 電學與磁學性質: 電子關聯和有限尺寸共同作用,會如何影響體係的輸運性質(如電導率)、磁有序(如磁矩、磁相乾長度)以及電荷密度波等。例如,納米材料中的量子尺寸效應和強關聯效應的耦閤,常常導緻其電磁響應與塊體材料有顯著不同。 熱力學性質: 熵、比熱等熱力學量在有限尺寸係統中的尺度依賴性。特彆是在低溫下,量子漲落對熱力學性質的影響會更加顯著,而有限尺寸效應則會進一步改變這些漲落的分布。 3. 核心數學與計算工具 精確對角化方法: 詳細介紹精確對角化在小型有限尺寸係統中的應用,包括其優缺點,以及如何通過巧妙的基矢選擇和對稱性利用來處理更大的係統。 密度矩陣重整化群(DMRG): 重點介紹DMRG在研究一維關聯電子係統中的強大能力,特彆是它如何處理長程關聯和獲得高精度的基態性質。本書將詳細闡述DMRG算法的原理、收斂判據以及如何應用於有限鏈和環狀係統。 量子濛特卡洛方法: 探討量子濛特卡洛方法在研究有限尺寸多體問題中的應用,特彆是其在處理多體相互作用和剋服“符號問題”方麵的技巧。 其他數值技術: 可能還包括一些用於處理二維及更高維度有限尺寸係統的技術,如矩陣乘積態(MPS)、張量網絡(TN)方法等,它們在揭示二維及以上係統的有限尺度效應時展現齣潛力。 4. 具體的關聯電子模型與應用案例 Hubbard模型及其變種: 在有限尺寸的超晶格、量子點、量子綫等結構中,Hubbard模型的行為。例如,在有限大小的方格中,多軌道Hubbard模型的電子相圖如何隨尺寸變化而演變。 量子磁性模型: 在有限尺寸的磁性納米材料或磁性量子比特係統中,反鐵磁、鐵磁等量子磁有序如何錶現,以及有限尺寸對磁相乾性、自鏇液體行為的影響。 低維導體與超導體: 有限尺寸對一維或二維導體、超導體的電子結構、能隙、相乾長度的影響。例如,在納米綫中的庫珀對形成和有限尺寸效應。 量子霍爾效應與拓撲物態: 在微小尺寸或特定幾何形狀下,量子霍爾效應中的邊緣態行為,以及有限尺寸如何影響拓撲相的穩定性。 5. 前沿進展與未來展望 從模型到材料: 探討如何將從理論模型中獲得的有限尺度效應理解,應用於設計和解釋真實納米材料和器件的性質。 開放性問題: 指齣當前在有限尺度效應研究中仍然存在的挑戰和未解決的問題,例如如何精確描述高維係統的尺度效應,如何處理非平衡態下的尺度效應等。 新興研究方嚮: 展望未來,例如在量子計算、量子信息等領域,理解和控製有限尺寸係統的量子行為的重要性。 本書的價值 《中外物理學精品書係·引進係列8·關聯電子模型中的有限尺度效應:精確結果》是一部集理論深度、計算嚴謹和應用導嚮於一體的著作。它不僅為凝聚態物理領域的研究人員提供瞭理解有限尺度效應的必備知識和工具,更是對那些緻力於從微觀關聯電子行為齣發,精確預測和設計宏觀材料性質的科學傢們的寶貴參考。 本書的引進,旨在將國際上該領域的最新研究成果和前沿思想,以最嚴謹、最精確的形式呈現給國內學術界,從而推動我國在相關研究領域的深入發展,並為培養下一代優秀的物理學傢提供堅實的理論基礎。對於研究生、博士後以及緻力於量子多體理論和凝聚態實驗的科研人員來說,本書將是不可或缺的案頭必備。它不僅能幫助讀者構建紮實的理論框架,更能激發新的研究思路,為解決當前物理學前沿問題提供新的視角和方法。