课题基金 / 基金详情

基于经典电路的关联少体连续谱束缚态研究

批准号:
12104041
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张蔚暄
依托单位:
学科分类:
强关联体系
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张蔚暄

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
连续谱束缚态是指能量与辐射波连续能谱共存的局域化波动状态。近年来科学家已经在电磁波、声波和机械波等经典波动系统中对单体连续谱束缚态进行了广泛的实验验证,并证明其在超低阈值激光、超敏传感器以及滤波器等领域具有重要的应用前景。最近的理论研究表明,由玻色-哈伯德模型描述的一维双体相互作用系统也可以展现性质丰富的关联连续谱束缚态。但由于众多实验上的限制,还从没有相关的实验报道来验证这一新奇的效应。本项目拟采取一种全新的路线,通过将少体哈伯德模型的本征态映射到经典电路模式空间,来设计基于经典电路的少体连续谱束缚态模拟器。由于经典电路具备器件功能多样、连接方式灵活以及制备工艺成熟等优势,不同类型的少体连续谱束缚态都可以在电路系统中被实现。进一步,申请人将设计基于关联少体连续谱束缚态的新型电路,并论证其在超敏传感领域具有重要的应用前景。
英文摘要
Bound states in the continuum (BICs) are waves that remain localized even though they coexist with a continuous spectrum of radiating waves. The single-body BICs have been verified in many classical systems, such as electromagnetic, acoustic and mechanical waves, and possess important applications in the field of low-threshold lasers, sensors and filters. Recently, some theoretical studies show that the one-dimensional (two-body) system described by the boson-Hubbard model can exhibit different kinds of correlated BICs. While, the experimental observation of these novel effects is still lacking. This project intends to take a new route to design a few-body BICs simulator based on electric circuits where the eigenstates of the few-body Hubbard model are directly mapped to the circuit modes. Due to the functional diversity, flexible connection and mature fabrication technology of electric circuits, many different kinds of few-body BICs can be realized experimentally in electric circuits. Furthermore, the applicant will design a novel kind of circuit based on the few-body BICs and prove that it has an important application in the field of ultra-sensitive sensing.
本项目围绕量子少体系统中连续谱中的束缚态(Bound States in the Continuum, BICs)的性质及其相关物理机制展开,提出了一种基于经典电路的创新模拟方法,成功实现了多种少体BICs的实验观测和理论解析。本研究通过电路网络将量子态映射为模式分布,克服了传统冷原子平台中对低温环境和复杂相互作用的依赖,显著拓展了量子少体系统的实验研究边界。.本项目取得的代表性成果包括:.1..任意子系统中的BICs.本项目首次揭示了一类独特的任意子BICs。当统计角超过阈值时,一对非相互作用的任意子可完全集中于一维均匀晶格的边界。这种BICs纯粹由任意子统计属性诱导的关联效应产生,无需额外设计缺陷势或粒子间相互作用。通过将任意子的本征态映射到电路模式,我们在实验上利用电路网络的空间阻抗分布和频率响应验证了这种任意子BICs的存在。该成果深化了对任意子及BICs的理解,并为探索基于统计关联的BICs提供了新思路。.2..多体相互作用诱导的边界BICs.传统研究中的多体BICs通常依赖于精心设计的杂质势或非局域相互作用。本项目提出了一种仅由均匀的单点相互作用诱导的多体边界BICs,三体及以上的玻色子能够集中于均匀一维晶格的边界,而这种现象在单体和双体情况下不存在。通过将三体和四体玻色子的Fock态映射到非线性电路网络,我们首次在实验上模拟了多体边界BICs。这一研究突破了单粒子BICs的范畴,为多体相互作用诱导的BICs研究开辟了新方向。.3..非阿贝尔拓扑BICs.本项目进一步将拓扑能带理论与BICs相结合,提出并实验验证了非阿贝尔拓扑BICs。这种新型BICs由不可分离的伪自旋之间的非阿贝尔耦合产生,并能在每个伪自旋子空间中共存,与已有的阿贝尔拓扑BICs完全不同。非阿贝尔耦合还可以用于构建位于体缺陷处的拓扑子空间BICs。利用非阿贝尔拓扑电路,我们首次在实验中观测到了这些独特的物理现象,为非阿贝尔拓扑BICs的研究提供了全新平台和理论支撑。.本项目通过理论研究与实验验证相结合,系统探索了从单体到多体、从统计关联到拓扑效应的BICs,进一步丰富了少体系统中的关联物理和拓扑物理研究,为未来在不同平台中实现BICs及其相关应用奠定了基础。
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