Жесткая привязка в условиях большого размера системы

Предположим, что имеется непрерывный гамильтониан со спин-орбитальным взаимодействием, например

ЧАС "=" п 2 2 м + κ ( о × п ) + U ( Икс )

и хотят аппроксимировать этот гамильтониан дискретной моделью с жесткой привязкой. Это можно сделать методом конечных разностей (например, Datta, Quantum Transport), используя замену

( Икс 2 ψ ) Икс "=" Икс н 1 а 2 [ ψ ( Икс н + 1 2 ψ ( Икс н ) + ψ ( Икс н 1 ) ]

( Икс ψ ) Икс "=" Икс н 1 2 а [ ψ ( Икс н + 1 ψ ( Икс н 1 ) ]

Предположим теперь, что у вас есть противоположная задача, т. е. у вас есть гамильтониан сильной связи и вы хотите получить информацию о системе в непрерывном пределе. В качестве примера рассмотрим гамильтониан сильной связи

ЧАС "=" я "=" 1 Н с с дельта с с [ ты ( р я ) мю ] а я с а я с + дельта с с т а я с а я + 1 , с + я α о с с у а я с а я + 1 , с + hc

где с и т являются спиновыми индексами. Этот гамильтониан в общем случае не имеет аналитического решения, так как параметры и ты ( р я ) может зависеть от узлов решетки (например, система может содержать одну или несколько примесей).

Однако для конечных Н в принципе всегда можно численно диагонализовать гамильтониан и вычислить некоторые соответствующие физические величины, например щель. Меня явно интересуют случаи, когда модель жесткой связи может быть решена только численно.

Существует ли общий метод получения непрерывного предела Н и Н а "=" постоянный общей дискретной модели сильной связи? Во избежание путаницы подчеркну, что меня интересует не случай, когда система бесконечна, а предельный случай, когда система непрерывна, т. е. не дискретна, а имеет конечные размеры. л "=" Н а .

Одна из идей состоит в численном расчете спектров и соответствующих физических величин для увеличения Н и с уменьшающимся параметром решетки а 0 с ограничением Н а "=" постоянный и вывести асимптотическое поведение. Так как в непрерывном пределе т "=" 2 / ( 2 м а 2 ) и α "=" κ / ( 2 а ) ( κ является параметром SO), это эквивалентно взятию предела Н и принимая т Н 2 и α Н .

Правилен ли этот подход? Правильно ли считать предел Н с т Н 2 и α =∝ Н на каждом шаге расчета? Есть ли справочник или книга, в которой обсуждается дискретный и непрерывный предел?

Спасибо заранее.

Ответы (1)

Для получения энергетической щели в термодинамическом пределе следует принять Н , В где Н это количество атомов и В размер системы, но держите Н / В (т.е. плотность) фиксированная. В вашем случае это означает просто взять Н к достаточно и сохранить все т , ты , α исправлено на данный момент. Эта модель жесткой привязки может быть решена точно. Прежде всего, обратите внимание, что первые два члена тождественны, если речь идет о спиновой части, поэтому можно свободно выбирать любую ось квантования спина. Давайте для простоты просто повернем оси вращения так, чтобы последний член был пропорционален о г . Предполагая периодическое граничное условие а Дж + Н "=" а Дж , вы можете перейти в импульсное пространство а Дж "=" 1 Н к а к е я к Дж , гамильтониан становится

ЧАС "=" к ( 2 т потому что к + ты ) а к с а к с + 2 α потому что к ( а к а к а к а к )

В основном спины электронов вверх и вниз развязаны. Электроны со спином вверх/вниз имеют дисперсию Е / ( к ) "=" ( 2 т ± α ) потому что к + ты . Итак, есть две полосы, и теперь вы можете просто заполнить полосы электронами.

Заметить, что ты (минус) химический потенциал, который говорит вам, что в основном уровни энергии должны быть заполнены до ты . Обратите внимание, что полосы для электронов со спином вверх и вниз имеют почти одинаковую «форму», так что вы можете легко убедиться, что до тех пор, пока ты пересекает дисперсию вообще (это означает, что зоны не пусты и не полностью заняты), вы получите металл, у которого нет разрыва в термодинамическом пределе.

Еще один комментарий: я предполагаю, что вы пытаетесь смоделировать одномерные электроны со спин-орбитальной связью. Обычно в системах, подобных полупроводниковым нанопроволокам, спин-орбитальная связь (например, Рашба) выглядит как я а я о у а я + 1 + hc (обратите внимание на я впереди), а не тот, который вы написали.

Химический потенциал просто мю "=" 0 , а члены в ты я представляют энергию на месте (которая может моделировать эффективное электрическое поле или случайные примеси). Поскольку эти члены, вообще говоря, неравномерны, гамильтониан не может быть решен точно (за исключением нескольких случаев, например, если ты я являются периодическими). Во всяком случае, я не уверен, что термодинамический предел (бесконечная дискретная система) и непрерывный предел (не дискретный, а конечный) — это одно и то же.
ОК, я этого не заметил ты я может быть неравномерным. Тогда это звучит так, как будто вы спрашиваете о неупорядоченных системах, что гораздо сложнее. Даже понятие разрыва другое (следует действительно смотреть на разрыв в мобильности). Зазор следует определять в термодинамическом пределе. Континуальный предел больше похож на способ описания физики низких энергий.
Спасибо Вам за Ваш вклад. Я понял, что мой вопрос был сформулирован нечетко и расплывчато. Я надеюсь, что вопрос теперь более ясен и определен.