Ферми-системы. Модель Хаббарда

Содержание

Слайд 2

Модель Хаббарда Модель была предложена в 1964 г. для объяснения фазовых

Модель Хаббарда

Модель была предложена в 1964 г. для объяснения фазовых переходов

"металл – изолятор" в переходных металлах c узкими зонами
Модель Хаббарда (и ее расширенные аналоги) в настоящее время стала популярной в связи с исследованием высокотемпературных сверхпроводников, наноструктур, квантовых точек и ям
Гамильтониан для ферми-газа с кулоновским взаимодействием:
В координатном представлении:
Слайд 3

Пример Система из четырех узлов с двумя бесспиновыми ферми-частицами: Базис этой

Пример

Система из четырех узлов с двумя бесспиновыми ферми-частицами:
Базис этой системы:
Гамильтонова матрица:
После

приведения гамильтоновой матрицы к диагональному виду получаем спектр системы:
Слайд 4

Модель Хаббарда. Приближение среднего поля Для модели Хаббарда и ее модификаций

Модель Хаббарда. Приближение среднего поля

Для модели Хаббарда и ее модификаций нельзя строго

провести аналитический расчет
Приближение среднего поля: задача из многочастичной превращается в эффективную одночастичную:
В импульсном представлении гамильтониан диагонален:
Для расчета средних чисел заполнения необходимо решить самосогласованную систему уравнений (модель Стонера)
Слайд 5

Пример Система из трех узлов и двух частиц с противоположными спинами: Базис системы: Гамильтонова матрица:

Пример

Система из трех узлов и двух частиц с противоположными спинами:
Базис системы:
Гамильтонова

матрица:
Слайд 6

Пример Спектр без взаимодействия: Разрешенные одночастичные уровни для одной проекции спина: Основное состояние: Основное состояние невырождено

Пример

Спектр без взаимодействия:
Разрешенные одночастичные уровни для одной проекции спина:
Основное состояние:
Основное состояние

невырождено
Слайд 7

Пример Первое возбужденное состояние: Четырехкратное вырождение: дважды по импульсу и дважды по спину

Пример

Первое возбужденное состояние:
Четырехкратное вырождение: дважды по импульсу и дважды по спину

Слайд 8

Пример Второе возбужденное состояние также четырехкратно вырождено Спектр системы: При ненулевом

Пример

Второе возбужденное состояние также четырехкратно вырождено
Спектр системы:
При ненулевом взаимодействии:
Приближение среднего поля

изменило бы спектр на величину порядка
Для возбужденных уровней приближение среднего поля работает хуже
Если при слабом взаимодействии еще удается качественно проследить за изменением спектра, то при U~t это становится невозможным
Слайд 9

Инварианты в модели Хаббарда В модели Хаббарда сохраняется число частиц: Для

Инварианты в модели Хаббарда

В модели Хаббарда сохраняется число частиц:
Для частиц со

спином гамильтониан коммутирует с оператором полной проекции спина на ось z:
Гамильтонова матрица может быть представлена в блочно-диагональном виде: