纳米管中极化子及量子比特的性质

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本文采用求解能量本征方程、LLP幺正变换和元激发理论方法,研究了纳米管中极化子的温度效应,以极化子的基态和第一激发态波函数构造一个量子比特,研究了纳米管中极化子的量子比特的性质,并讨论了磁场对纳米管内极化子性质的影响。  本文首先研究了温度对纳米管中极化子的性质的影响。在温度很低的情况下也就是在温度为0<T<TC时,声子没有被激发,即温度对纳米管基态的能量以及激发态的能量没有发挥作用。随着温度的逐渐升高,最后达到T>TC时,越来越多的声子被激发了,从而使得纳米管中极化子的基态的能量以及激发态的能量都随之变大。另外,还表明基态能量和激发态能量随着电子-声子耦合强度的增大而减小,因为电子-声子相互作用愈强,电子-声子相互作用能的绝对值就愈大,从而使得极化子的基态的能量和激发态的能量减小。此外还说明了极化子的基态能量和激发态的能量被受限强度所影响,极化子的能量随纳米管受限程度的加强(纳米管内径的增大或外径的减小)而增大,这说明纳米管量子尺寸效应非常显著,即极化子受限愈强,能量愈大。  本研究在考虑电子与体纵光学声子强耦合的条件下,通过求解能量本征方程,得出纳米管中极化子的基态能量和第一激发态能量及其相应的本征波函数,运用幺正变换和元激发理论方法并以极化子的基态和第一激发态波函数为基础构造一个量子比特,得出量子比特内极化子的概率密度随时间和空间角坐标作周期性振荡,在纳米管内中心位置处极化子的概率密度最大,在纳米管界面处概率密度为零;振荡周期随耦合强度增大而减小,说明声子将导致量子比特相干性降低;而振荡周期随纳米管内径的增大(或外径的减小)而减小,因此适当改变纳米管的尺度,可以提高量子比特的相干性。最后,通过引入均匀的磁场讨论研究了磁场对极化子的性质的影响。并通过改变磁场强度的大小进而研究了均匀磁场中纳米管内极化子的性质。在均匀磁场中,极化子的基态能量、第一激发态能量随纳米管外径减小(或内径增加)而增加,随纳米管内径减小(或外径增加)而减小,激发态能量随磁场强度的增大而增加而极化子的基态能量却不受磁场的影响。量子比特的振荡周期随纳米管内径增加(或外径减小)而减小,随磁场强度的增加而减小。极化子的基态、第一激发态能量均随电子声子耦合强度的增大而减小。
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