<р>
Модель Бозе-Хаббарда дает описание взаимодействия бесспиновых бозонов в кристаллической решетке. Популярность этой теории в физическом сообществе обусловлена не только ее способностью упрощать математическое представление явления сверхпроводимости, но и тем, что она обеспечивает. ключевой взгляд на понимание фазовых переходов между сверхтекучими жидкостями и изоляторами. Эта модель была впервые предложена Гершем и Ноллманом в 1963 году на фоне исследований гранулированных сверхпроводников. Благодаря постоянному развитию модель Бозе-Хаббла получила более широкое признание в 1980-х годах.
<р>
Модель Бозе-Хаббла отражает суть перехода сверхжидкость-изолятор, демонстрируя его важность для описания современных физических систем.
<р>
Эта модель не только может описывать бозе-атомы в оптической решетке, но также может быть применена к некоторым магнитным изоляторам. Более того, смеси Бозе-Ферми также можно моделировать с помощью расширенной формы, называемой гамильтонианом Бозе-Ферми-Хаббла. Это делает диапазон его применения чрезвычайно широким, охватывая диапазон физических явлений от поведения элементарных частиц до квантовых фазовых переходов.
Очарование гамильтониана
<р>
Физическую сущность модели Бозе–Хаббла описывает ее гамильтониан:
<р>
H = -t ∑⟨i,j (b†i bj + b< sup >†j bi) + U/2 ∑i ni (n< sub >i - 1) - μ ∑i ni
<р>
Среди них
t
представляет собой амплитуду прыжка частицы,
U
— взаимодействие частицы в точке решетки,
μ
— химический потенциал , задайте количество частиц в системе. Конкретная форма модели связана с тем, является ли взаимодействие отталкивающим или притягивающим. Изменения этих параметров позволяют увидеть изменения на разных физических стадиях.
Анализ фазовой диаграммы
<р>
При нулевой температуре модель Бозе-Хаббла демонстрирует две основные фазы: изолирующую фазу Мотта при малых отношениях
t/U
и изолирующую фазу Мотта при больших
t/U
Сверхтекучесть. фаза при соотношении. Первая характеризуется целочисленной плотностью бозонов с энергетической щелью для предотвращения частично-дырочных возбуждений, тогда как сверхтекучая фаза демонстрирует дальнодействующую когерентность и спонтанное нарушение симметрии
U(1)
. Эти теоретические предсказания были подтверждены экспериментально в ультрахолодных атомарных газах.
<р>
Фазовая диаграмма этой модели показывает сложность состояния вещества при изменении параметров и раскрывает разнообразие движений частиц в низкотемпературных средах.
Применение теории среднего поля
<р>
Очищенную модель Бозе-Хаббла можно описать с помощью гамильтониана среднего поля, который формируется путем объединения среднего значения вокруг возмущения поля частицы с его небольшими вариациями. Описание среднего поля позволяет исследователям упростить задачу и извлечь сложные квантовые эффекты для облегчения дальнейшего анализа различных физических стадий.
<р>
В рамках среднего поля поведение физической системы концентрируется на параметре эффективности, который не только помогает упростить расчеты, но и четко определяет условия возникновения сверхтекучести тогда и только тогда, когда значение среднего поля не равен нулю.
<р>
От сверхпроводимости к сверхтекучести модель Бозе-Хаббла постепенно стала ключевым компонентом физики конденсированного состояния, помогая исследователям понять взаимодействия и фазовые переходы в квантовых системах многих тел. Это не только позволяет физикам добиться прогресса в понимании поведения элементарных частиц, но и способствует развитию новых областей, таких как квантовые вычисления.
<р>
Эти результаты заставляют задуматься о том, как мы понимаем и используем квантовые системы. Как модель Бозе-Хаббла и ее расширенная версия будут способствовать дальнейшим прорывам в физике в будущем?