强关联电子系统的变分蒙特卡罗研究

We propose to study some key issues in the field of strongly correlated electron systems with our highly optimized variational Monte Carlo algorithms developed in recent years. The research topic covered by the our proposal can be divided into three parts, namely, high Tc mechanism, quantum spin liquid, and Mott transition. In the first part, we propose to study the quasiparticle anomaly in the high Tc cuprates induced by the scattering from AF spin fluctuation on the RVB background; to find a balanced description of SC pairing and AF correlation in the RVB framework, and to find out the form and origin of the dominant competing order in the pseudogap phase from a study of the dynamical spectrum on the RVB background. In the second part, we propose to search large gap spin liquid in realistic models with large scale variational optimization, to study systematically the structure of the spin liquid ground state of the Kagome QAF and its stability with respect to various perturbations, and to study the stability of the fractionalized spin excitation on the U(1) spin liquid with respect to gauge fluctuation correction. In the last part, we proposed to study the Mott transition with our new wave function for two models on the triangular and Kagome lattice, and to generalize the construction to multi-orbital systems with possible application on the study of orbital selective Mott transition.

我们计划在前期经验的基础上，采用变分蒙特卡罗方法，研究强关联电子体系几个有代表性的问题。我们计划研究的内容分为高温超导机理，量子自旋液体，以及莫特相变三个方面。在高温超导机理方面，我们计划研究共振价键背景上由反铁磁涨落散射造成的准粒子行为反常，探索共振价键理论对于电子配对和反铁磁关联的均衡描述，从动态涨落的角度研究赝能隙区主导的竞争序参量的形式和起源。在量子自旋液体方面，我们计划通过变分优化探索大能隙量子自旋液体实现的可能性，系统研究Kagome量子反铁磁体自旋液体基态的结构及其关于各种微扰的稳定性，研究三角晶格U（1）自旋液体分数化自旋激发关于规范涨落修正的稳定性。在莫特相变方面，我们计划采用基于slave rotor表示的新的变分波函数研究三角和Kagome晶格上两个模型的莫特相变，同时研究该方法在多轨道体系中的推广及其在轨道选择莫特相变研究中的应用。

本项目在高温超导机理研究，量子磁性研究以及铁基超导体的多轨道物理研究方面取得了一系列科研成果。在高温超导机理研究方面，我们通过对电子能谱的唯象分析，系统地梳理了铜氧化物高温超导体中决定反铁磁涨落散射效应的关键物理因素，即准粒子的耗散效应（dissipation effect），准粒子的色散效应（dispersion effect）和磁性涨落在能量上的弥散效应（diffusion effect）。这为系统地理解高温超导体的准粒子行为提供了框架，且已经被实验学家所采用。我们论证了电子的巡游-局域二元性是导致赝能隙终止点量子临界行为和赝能隙相热霍尔效应的根本原因，这为理解赝能隙现象的起源提供了基本的框架，也为后续微观理论工作指明了方向。在量子磁性研究方面，我们澄清了有关Kagome晶格和三角晶格海森堡模型基态和自旋激发谱的诸多理论或实验疑点。我们建立了量子自旋液体自旋分数化机制和规范涨落效应的新理论，纠正了这一领域长期存在的理论误解。这一新的理论不仅对于量子磁性体系的研究有重要意义，而且对于所有包含低能规范涨落的强关联电子体系的理论研究都有着重要价值。另外，我们发展了基于Schwinger Boson表示的玻色共振价键理论。在铁基超导体的的多轨道物理研究方面，我们澄清了轨道序与自旋关联向列性的相互关系并在此基础上提出了d-波轨道序新的驱动机制。这项研究提示我们对于多轨道的关联电子系统，独立于电子的轨道自由度谈论体系的自旋涨落和超导配对等电子关联效应是没有意义的。我们提出了检验铁基超导体轨道选择莫特相变和轨道选择自旋涨落的RIXS测量方案。