若干非平衡量子系统的动力学、热力学和统计物理的研究

The studies on the physical properties of nonequilibrium quantum systems are the active fields of statistical physics, quantum physics and condensed matter theory. By using the methods of quantum many-body dynamics, we will study the fluctuation relations of disorder nonequilibrium quantum systems, nonequilibrium thermodynamics and dynamical quantum phase transitions of uniform and nonuniform quantum spin chains, the wavepacket diffusions, generating and propagations of quantum entanglement and quantum correlations of the quenched and periodically kicked uniform and nonuniform quantum spin chains, periodically kicked nonuniform electron systems and BEC system, and nonuniform quantum walk. We also study the excited state quantum phase transition of periodically kicked quantum Ising chains, the scaling relations between the defect density and velocity of quench of one-dimensional topological systems and quenched nonuniform quantum spin chains. Finally, we study the topological properties of quantum walks and finite temperature one-dimensional topological systems. These studies will improve our understanding about the dynamics, thermodynamics and statistical physics of these nonequilibrium quantum systems，developing of dynamics and nonequilibrium statistical physics of quantum system. It also is useful for the understanding of quantum information, dynamics of BEC and design of new kinds of devices.

非平衡量子系统物理性质的研究是当前统计物理、量子物理和凝聚态物理的前沿课题。本项目应用量子多体动力学的方法，研究无序情形下量子非平衡系统的涨落关系；研究淬火的均匀和非均匀量子自旋链的非平衡热力学过程和动力学量子相变；研究淬火和周期kicked的均匀和非均匀量子自旋链、周期kicked的非均匀单电子系统和BEC系统、以及非均匀量子行走中的波包扩散、量子纠缠和量子关联的产生和传播性质等；研究周期kicked量子Ising链的激发态量子相变；研究一维拓扑系统和淬火的非均匀量子自旋链在淬火过程中缺陷产生和淬火速度的标度关系；研究有限温度一维拓扑系统和量子行走的拓扑性质。这些研究不仅对于了解这几类非平衡量子系统的动力学、热力学性质和拓扑性质，发展量子系统的动力学和非平衡统计物理的理论，解释微观量子器件中的能量和热输运性质等有重要意义，而且对于量子信息、BEC动力学、新型功能器件的设计也有积极意义。

非平衡量子系统物理性质的研究是当前统计物理、量子物理和凝聚态物理的前沿课题。我们研究了非均匀量子行走的波包动力学及量子纠缠，发现时间广义准周期量子行走的波包是奇异扩散的，且第二类广义Fibonacci准周期系统的幂指数大于第一类的幂指数；时间非周期量子行走的量子纠缠介于均匀和无序之间，而空间非周期量子行走的量子纠缠大于均匀和无序的纠缠。研究了准周期硬核玻色子系统的广义热化问题，发现两类广义准周期系统的热化行为与无序系统的情形类似。研究了Kicked相互作用或非均匀在位势系统中的波包扩散，发现波包的行为主要取决于相互作用或非均匀势的强度与Kicked周期的比。研究了具有周期各向异性XY链的基态性质，发现在特殊情形下系统会出现新的无能隙相；同时发现对称的螺旋相互作用可以使量子XY链、具有DM和三自旋相互作用的XY链中的各向异性相变和无能隙螺旋相消失。研究了无序对FPU和Toda链热化的影响，发现无序能够加快系统的热化。研究了非平衡条件下，传导电子的自旋轨道耦合所诱导的磁矩间的对称螺旋相互作用。研究了与时间有关电场中铁磁性锯齿型硅烯纳米带的自旋流，及处在垂直非均匀磁场和具有子晶格交错在位势下的Kagome晶格中金属绝缘体相变和电导阀现象等。研究了具有PT对称驱动势的量子Kicked转子的PT对称转变和动量流。研究了非均匀XY链和硬核玻色子系统中动力学量子相变，发现无序和准周期可以使系统出现新的动力学量子相变点。研究了非均匀电子系统中的LRB问题，发现无序和准周期使的LB速度随时间趋于零。研究了准周期量子Ising模型中的淬火动力学问题、无序量子Ising链和硬核玻色子系统在淬火之后的功分布等。通过这些研究，取得了一些研究成果，已在国内外杂志上发表SCI论文11篇。它们不仅对于了解量子系统的动力学、热化、非平衡热力学行为和统计物理的基本问题等有重要的意义，而且对于量子信息和新型功能器件的设计等也有积极意义。