格点玻色系统的新奇输运特性的量子蒙特卡洛模拟

The study of transport in lattice boson systems is not only a main subject of statistical physics but also of practical importance for condensed matter physics. On the basis of previous studies and the grasp of advanced techniques of analytic continuation, we propose to explore transport properties of lattice boson systems, using advanced numerical methods. We shall firstly develop a methodology based on continuous time quantum Monte Carlo simulation and analytic continuation, and provide an unbiased approach to study transport properties of many-body systems. Secondly, we shall investigate electric transport, thermal transport, and Seebeck effect in paradigm models. The effects of interaction, phase transition and lattice geometry, together with the possible approaches for improving thermoelectric efficiency, will be explored. Thirdly, we shall investigate characteristic transport properties in an extended Bose-Hubbard model of supersolid, Haldane insulator and Haldane superfluid phases, and explore transport behaviors of edge states in bosonic Haldane phases. Last but not least, we plan to study transverse transport in hard-core boson systems featuring long-range interactions and explore relevant mechanisms. To sum up, this project is expected to provide a reference of methodology for the study of transport in correlated systems, and useful for figuring out intrinsic transport properties governed by bosonic statistics.

格点玻色系统的输运研究是统计物理的基本课题和凝聚态物理的实际问题。本项目基于前期研究的积累，结合对先进解析延拓技术的掌握，拟采用高效数值方法研究格点玻色系统的输运特性。首先，发展基于连续虚时量子蒙特卡洛模拟和解析延拓的技术路线，探索在无系统误差的框架内研究多体系统输运行为的有效手段。其次，研究典型格点玻色系统的电输运、热输运和Seebeck效应，提炼相互作用、相变和晶格几何特性等因素的效应，探索提高热电效率的可能途径。再次，研究扩展Bose-Hubbard模型的超固相、Haldane绝缘相和Haldane超流相的输运特性，探索玻色型Haldane相的边缘态输运行为。最后，探索具有长程相互作用的硬核玻色系统的横向输运能力和相关物理机制。本项目的实施将为关联体系的输运研究提供可供参考的技术路线，也将有助于辨明玻色统计主导的本征输运特性。

在本项目中，我们优化以数值模拟为主体的技术路线，在此基础上研究实际玻色系统及其物理模型的相变临界行为和输运特性。首先，设计蒙特卡洛模拟和有限尺寸标度分析手段，探索无偏差地研究多体系统相变和输运行为的技术框架。其次，研究自旋模型、流模型和Bose-Hubbard类模型的新奇临界行为和输运特性，基于表面临界性探索一类自旋和玻色模型的边界特性。最后，针对特定物理模型，系统探索相互作用、相变、表面特性、晶格几何特性等因素的一般作用。在申请书中，我们计划每年在Physical Review等期刊发表论文2篇。实际上，我们已在同行评议期刊中发表研究论文17篇，包括Physical Review Letters（2篇，本项目均为第一标注）、National Science Review（1篇，本项目为第一标注）、Physical Review E（5篇，含Rapid Communication 1篇）、Physical Review B（2篇，含Rapid Communication 1篇）、EPL（1篇）、The Journal of Physical Chemistry C（1篇）、 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（1篇）、Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment（1篇）、Journal of Physics: Condensed Matter（1篇）等。以相关研究成果作为支撑，项目负责人吕建平获得中国新锐科技人物知社特别奖和霍英东基金会高校青年教师奖。项目研究成果被Eurekalert!、Phys.org等学术新闻网站专题报道，获得国内外同行的广泛好评，研究成果的影响力超过项目申请书中拟定的目标。该项目可为多体系统输运和相变问题的后续研究提供参考。此外，项目的实施有力推动了两个安徽省属高校的物理学研究和人才培养。