费米子张量网络中的强关联拓扑物态
批准号:
12104451
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:
姜胜寒
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:
姜胜寒
中文摘要
强关联电子体系是探索搜寻各种拓扑量子物态的温床。这类物态不仅仅在科学上非常吸引人,同时也具有潜在的应用价值:它们也许可以被用来制造新型量子器件甚至是量子计算机。..然而,在强关联系统中,传统的能带理论不再管用,第一性计算方法往往不能给出可靠的预言。因此,为了在这类体系中寻找拓扑量子物态,研究者有必要去发展新的理论和数值方法。..在此项目中,申请人将着重考虑费米子张量网络。张量网络起源于量子信息领域,并很快在凝聚态和高能领域中得到广泛应用。它天然适用于描述量子系统中复杂的纠缠结构,而且配套有强大的数值方法。因此,它成为了强关联体系中变分计算的强有力工具。现有研究往往集中于玻色子张量网络,而相对缺乏关于费米子张量网络的研究工作。有鉴于此,申请者将致力于费米子张量网络上的拓扑物态的研究,包括发展这类物态的张量网络表示,并开发相应的数值模拟算法。
英文摘要
Strong correlations in electronic systems may lead to many exotic quantum phases, including topological phases such as fractional quantum Hall phases. These phases not only are scientifically attractive, but also serve as possible candidates to build novel quantum devices and quantum computers. ..However, in correlated systems, traditional band theory is no longer a good starting point, and numerical methods based on First principle calculation fail to give reliable prediction. Thus, it is highly desirable to develop new theoretical and numerical tools for physicists to search for topological phases in such systems...In this proposal, we try to develop methods based on fermionic tensor networks. Tensor networks are first introduced in quantum information community, and soon become popular in other fields such as condensed matter and high energy. Tensor networks are the most natural language to describe complicated quantum entanglement structure. Besides, numerical algorithm based on tensor networks are very powerful. Thus, they are great tools to perform variational calculation for topological phases in strongly correlated systems. However, comparing to bosonic tensor networks, there are very few works on fermionic ones. Here, we hope to develop general framework on fermionic tensor networks to classify topological phases, to develop efficient numerical algorithms, and finally to apply to realistic electronic models.
凝聚态物理领域中对称性破缺与费米液体理论构成了传统理论体系的两大支柱。随着1980年代分数量子霍尔效应与高温超导现象的发现,研究者逐渐认识到仅依靠对称性理论已不足以描述这些新奇量子物态,由此催生了拓扑序等新理论框架的建立。近年来,拓扑与对称性的相互作用更衍生出拓扑绝缘体、拓扑超导体等重大发现,推动着量子物态研究范式的革新。..本项目聚焦强关联电子体系中的拓扑物态研究。然而,该领域长期面临关键方法学困境——传统能带理论、微扰方法不再适用,而严格对角化、蒙特卡洛模拟等方法又受限于系统尺寸与几何阻挫。针对这一科学难题,本研究创新性地发展了基于费米子张量网络的理论体系,系统刻画拓扑物态的纠缠模式。基于此建立的变分波函数方法,为求解强关联电子体系的基态性质及低能激发谱提供了突破性工具。..项目团队在二维强关联电子系统拓扑物态表征方面取得系列创新成果:1)构造了首个拓扑绝缘体的费米子张量网络波函数 2)系统地分类了费米子对称性保护的拓扑相,对每一类都能构造变分波函数,并写下其边界理论。相关成果发表在Physical Review Letters(1篇)、Reports on Progress in Physics(1篇)等国际权威期刊。..本研究具有重要科学意义:在理论层面,构建了费米子强关联拓扑物态的系统研究框架,突破传统能带理论与场论方法的局限性;在方法学层面,发展的张量网络算法首次实现从抽象理论到可计算模型的跨越,为强关联电子体系研究提供通用工具。这些成果推动强关联拓扑物态研究从理论构想迈向定量数值研究的新阶段,对凝聚态物理与量子材料研究具有重要指导价值。
量子自旋液体中分数化激发的关联函数解析——基于对称张量网络方法
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批准号:12574179
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2025
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负责人:姜胜寒
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依托单位:
国内基金
海外基金