Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Keivan Aghababaei samani
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد راهنما) کیوان آقابابائی سامانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sajjad Salimy Nanekarani
سجاد سلیمی ننه کرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

The Usage of Continuous Unitary Transformation to Produce Effective Hamiltonian for Hubbard Model
Since the Quantum Mechanics invented, people always look for procedure to explain many-particle problems. In general, a procedure for solve Quantum Mechanics problem lead to find eigenstates, that is equivalent to block-diagonalization of Hamiltonian. But in many-particle systems finding of this eigenstates, when interaction between particles of system is not negligible , is really hard work and mostly there is no solution for the problem. To overcome this difficulty, one of the simplest procedures is simplification of the picture of the Hamiltonian. For do this, sometimes change of the basis is useful. Hence one must look for such transformation which increases the zeros of the Hamiltonian matrix although doesn’t make diagonal matrix. In this thesis, the procedure we chose was Continuous Unitary Transformation. This method at first was invented by F. J. Wegner. In this method, operation that is done is produce generator for transformation which is function of continues parameter. Using of this generator leads flow equation that is set of first order differential equations. Variation of continuous parameter is how to change original matrix to block-diagonal matrix. To produce generator it can be helpful to use quasi-particle concept. Here, particles are excitations of the system. Generator which is intended should be independent of the shape of Hamiltonian. The generator that Wegener used for its own purposes was commutator of diagonal part of Hamiltonian with the total Hamiltonian. In this thesis, chosen generator is commutator of number operator of quasi-particle and total Hamiltonian. When continuous parameter is infinite then effective Hamiltonian will be produced. The effect of resulting Hamiltonian in quasi-particle just replaces the quasi-particle in effective lattice because of conserving the number of particles. Here we are going to find effective Hamiltonian for Hubbard Hamiltonian. This Hamiltonian is divided to two parts, kinetic energy and Coulomb interaction energy. When ratio of kinetic energy to Coulomb energy is small but is not negligible so in this regime pertubativly expanding the Hamiltonian will be useful and expanding parameter is ratio of kinetic energy to Coulomb energy.with Pertubative Continuous Unitary Transformation effective Hamiltonian will be produced. In general each site of system can take all of four states from completely occupied to completely empty, but here we considered just half field states because these states are in the lowest energy states. Here existence of doubly occupied state shows that there is quasi-particle and one doubly occupied state is equivalent to one quasi-particle. In this procedure usage of Hubbard operators produce spin Hamiltonian. Spin Hamiltonian includes coupled terms interactions that represent Heisenberg interactions for different neighbors and some new kind of interactions so-called ring exchange interactions. Expressing Hamiltonian in spin representation shows that local Hilbert space decrease from four states to two different states. Key words: Quantum Mechanics, Many-body Physics, Continuous Unitary Transformation, Quasi-particle, Perturbative Expansion, Hubbard Model, Heisenberg Interactons and Ring Exchange
همواره مردم در طی چندین سالی که از عمر مکانیک کوانتومی می گذرد، دنبال رهیافتی برای توضیح مسائل بس ذره ای بوده اند. در کل، رهیافت یک مسئله کوانتومی منجر به پیدا کردن ویژه حالت های هامیلتونی می شود که معادل با قطری کردن هامیلتونی است ولی در سیستم های بس ذره ای پیدا کردن این ویژه حالت ها، وقتی که برهمکنش بین ذرات سیستم غیرقابل اغماض است، کار راحتی نیست و بعضی اوقات غیرقابل حل. برای فائق آمدن بر این مشکل اساسی، در این زمینه، یکی از رهیافت ها، ساده سازی شکل هامیلتونی توصیف کننده سیستم است. از روش های ساده سازی هامیلتونی تبدیل پایه سیستم است. در این حالت باید دنبال تبدیلی بود که شکل ماتریس را اگرچه قطری نکند، بطور فزاینده ای صفرهای ماتریس را افزایش دهد. کاری که در این پایان نامه برای تبدیل پایه ها انجام داده ایم روش تبدیلات یکانی پیوسته اختلالی است. این روش در ابتدا توسط وگنر ابداع شد. در این روش کاری که انجام می شود این است که یک مولد تبدیلی تولید می شود که تابعی از یک متغیر پیوسته است و با استفاده از آن یک معادله شار، که یک معادله دیفرانسیل مرتبه اول است، بوجود می آید. تغییرات متغیر پیوسته به گونه ای است که هامیلتونی را بلوکه قطری می کند. می توان برای تولید مولد از مفهوم شبه ذره ای استفاده کرد. که در اینجا شبه ذرات برانگیختگی های سیستم هستند. مولدی که انتخاب می شود باید طوری انتخاب شود که مستقل از شکل هامیلتونی باشد. مولدی که وگنر برای اهداف خود از آن استفاده نمود، بصورت جابجایی قسمت قطری هامیلتونی با کل هامیلتونی است. در این پایان نامه مولد تبدیل بصورت جابجایی شمارنده شبه ذرات با هامیلتونی کل بیان شده است. وقتی که متغیر پیوسته به بینهایت میل می کند هامیلتونی موثر تولید می شود که با شمارنده شبه ذرات جابجا می شود و این مفهوم پایستگی شبه ذرات را دارد. اثر هامیلتونی موثر بر روی شبه ذرات به دلیل پایسته نگاه داشتن آنها فقط باعث جابجایی آنها در داخل شبکه موثر می شود. هامیلتونی مورد استفاده برای این پایان نامه هامیلتونی هابارد است. این هامیلتونی دارای دو قسمت است، بخش انرژی جنبشی و بخش دیگر انرژی برهمکنش کولنی. در حالتی که انرژی جنبشی کوچک باشد ولی در مقابل انرژی کولنی قابل اغماض نباشد بسط هامیلتونی می تواند کارگشا باشد. پس کمیت اختلالی نسبت انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل خواهد بود و با کمک گیری از تبدیلات یکانی پیوسته اختلالی هامیلتونی موثر را تولید می کنیم. در حالت کلی سیستم می تواند همه حالت های کاملا پر تا کاملا خالی که بطور کل چهار حالت برای هر سایت است بخود بگیرد، اما کاری که انجام داده ایم اینست که بخاطر مهم بودن حالت های نیمه پر در حالتی که نسبت انرژی جنبشی به انرژی برهمکنش کولنی با یک قابل مقایسه است، در قسمت نیمه پر، مسئله را حل کردیم. شبه ذراتی که در اینجا مورد استفاده قرار گرفت وجود حالت های کاملاپر بود. در این رهیافت بهره گیری از عملگرهای هابارد ما را به تولید هامیلتونی موثر اسپینی که دارای جملات جفت شده هایزنبرک و جملات برهمکنشی حلقه ای است سوق داد. نمایش اسپینی هامیلتونی موثر بیان می کند که فضای هیلبرت موضعی، یعنی فضای هیلبرت مربوط به هر یک از سایت ها، از چهار حالت به دو حالت کوانتمی مجزا تبدیل شده است. کلمات کلیدی : مکانیک کوانتومی، بس ذره ای، تبدیلات یکانی پیوسته، شبه ذره، بسط اختلالی، مدل هابارد، برهمکنش های جفت شده هایزنبرگ، برهمکنش های حلقه ای

ارتقاء امنیت وب با وف بومی