超冷费米气体中巡游铁磁转变的理论研究

【摘要】：过渡金属中电子气体的巡游铁磁转变是一种强关联量子现象,其微观机制通常可由Stoner模型予以解释。然而,金属材料中的掺杂和晶格缺陷等因素导致其中的铁磁转变很难在实验中得到灵活调控。随着实验技术的发展,冷原子体系为深入研究巡游铁磁转变提供了新的机遇。本论文采用密度泛函理论,分别对多势阱中费米气体的巡游铁磁转变、有高阶分波存在时费米气体的巡游铁磁转变以及大自旋费米气体中的巡游铁磁转变进行了研究。通过计算体系的基态密度分布,分析和讨论了体系中发生巡游铁磁转变的规律和特点,以期加深对巡游铁磁转变的理解。本文以超冷费米气体为对象,具体研究主要包含如下几个方面：第一,以受限于多势阱中的自旋-1/2费米气体为研究对象,研究了多势阱的几何特征对巡游铁磁转变的影响。结果表明势阱深度的相对大小会显著地影响体系中的巡游铁磁转变。此外,与简谐单阱或双阱相比,多势阱更有利于对实际体系中的磁畴进行观测。第二,以存在高阶分波作用的费米气体为研究对象,研究了不同分波对体系中巡游铁磁转变的影响。一方面,对单独高阶分波的研究结果表明,单独的d-波可以引发巡游铁磁转变,而单独的p-波或f-波均不能引发巡游铁磁转变。另一方面,对s-波和高阶分波共存情况的研究结果表明,d-波与p-波或f-波对于s-波所引发的巡游铁磁转变会产生不同方式的影响。第三,以简谐单阱中的自旋-3/2费米气体为研究对象,研究了不同散射通道对巡游铁磁转变的影响。发现体系中的组分分离通常有两种可能的呈现方式,但只有其中一种对应于巡游铁磁转变。研究还发现当计及自旋混合作用时,上述两种组分分离方式将会受到不同的影响,其中巡游铁磁转变将被加强。