前言
前几天跟同事聊天,聊到许多年前IBM对原子进行调控从而排列成“IBM”字样的故事。随后,跟老程一起做ALPS,正好发现一个模型可以完美地描述诠释“量子调控”的力量。-
关键词及其直观说明
- “本征态”
- “调控”
- 事物都有“本征态”。以学生为例,他们可处于“懒惰态”和“努力态”。通常情况下,学生会处于省力的“懒惰态”。外界对他们干预、加压,改变他们的态,就是一种“调控”。
假设有一块磁性材料,它有以下本征态,等等。为了便于描述,这些态依次描述那些能量从低到高排列的本征态。根据能量最低原理,在绝对零度时,系统处于最省能量的态。
在某种情况下,我们想把材料调控到态,因为该态具有某个我们需要的特性。
一种方法,是给材料提供更多的能量,让它“跃迁”到态。就像老师给学生加压一样的道理。然而,这个过程是不稳定的,它会“自发跃迁”回到低能量的态(就像学生回归惰性态)。
还有第二种方法:利用材料的对称性。
在生活中我们知道,具有对称性的物体,对其进行特定操作、它的状态指标不变(比如一个球体,你对它进行旋转操作)。
类似地,对于具有某种对称性的磁性材料,我们对它进行特定物理操作(如:外加磁场),其各个本征态不受影响。但外加磁场将对这些本征态的能量值产生不同程度的影响。
还是得写清楚,万一被那些有学物理的同学看到呢?万一呢?
比如若一个系统,其哈密顿量,外加磁场 跟其哈密度量对易,本征态具有good quantum number 。因此外加磁场不影响各个本征态,但改变了能量特征值。
由于能量受到影响,态的能量可能变得比态低(如下图所示)。这样,根据能量最低原理,材料就自发地处于态了。类似地,我们能够通过控制外加磁场的强度,将材料的状态完美地“调控”到所需的各个“本征态”上去。
- 结语
面对一个处于磁场中的物体,
你可以高兴地说:啊,它被磁化啦!
或许你也可以低调地说:我看见它的各个本征态被磁场调控了。。。