Multicriticality and entanglement in the one-dimensional quantum compass model
通过精确映射到量子伊辛模型，研究了具有两个独立参数的一维量子罗盘模型.这使我们能够发现隐藏的功能，在普通的单参数量子罗盘模型的量子相变，表明它发生在一个多临界点，一个线的一阶跃迁相交线的二阶伊辛型破缺跃迁。我们计算了四个基态相的纠缠度和块纠缠熵，发现这些纠缠度量准确地反映了二阶跃迁，而不是一阶跃迁.
2009-06-29 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Long-range string orders and topological quantum phase transitions in the one-dimensional quantum compass model
为了研究一维量子Compass模型中的量子相变，我们采用无限时间演化的分块抽取方法，利用无限矩阵乘积态表象，数值计算了非定域弦关联、纠缠熵和每个格点的保真度.在整个相互作用参数范围内，我们发现四种不同的弦阶分别表征了四种不同的Haldom相，并且Haldom相之间发生了拓扑量子相变.弦序参量β=1/8的临界指数和临界点中心电荷c=1/2表明，相变属于Ising型普适类.除了弦序参量之外，每个晶格点的基态能量的二阶导数的奇异性、冯诺伊曼熵的连续和奇异行为以及每个晶格点的保真度的夹点都表明，相之间的相变是二级的，而不是以前研究中提出的一级相变。
2013-11-06 cond-mat.str-el
From fidelity to entanglement of entropy of the one-dimensional transverse-field quantum compass model
通过数值计算研究了横向磁场中一维量子罗盘模型中引入熵纠缠后的保真度和保真度磁化率。在基态相图中的全部四个能隙区都在我们的研究范围内。临界时的幂律发散伴随着有限尺寸标度表明场诱导的量子相变是二级的，以及从保真度磁化率极值的标度行为表明，量子临界指数在相图的不同区域是不同的。我们进一步计算了最近提出的一个量子信息理论测度--冯诺伊曼熵，并证明了该测度为临界场的量子相变（QPT）提供了合适的特征.冯诺伊曼熵表示某些粒子块与系统其余部分之间纠缠的度量。我们发现，与系统的其余部分的两个粒子块之间的纠缠值更依赖于连接块与系统的其余部分的交换耦合的功率比块中的两个粒子之间的交换耦合的功率。
2012-06-30 cond-mat.str-el
First-order directional ordering transition in the three-dimensional compass model
利用大规模蒙特卡罗模拟研究了简单立方晶格上经典三维罗盘或$t_{2g}$轨道模型的低温性质。我们的数值计算结果提供了证据的定向有序相，达到通过一阶过渡的温度$T_0 = 0.098328(3) J / k_{\mathrm{B}}$。为了获得我们的结果，我们采用本地和集群更新算法，并行回火和多重直方图重新加权以及模型特定的螺旋周期性边界条件，这有助于抵消严重的有限尺寸效应。
2015-01-16 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Geometric Phase and Fidelity of The One-Dimensional Extended Quantum Compass Model in a Transverse Field
研究了在横场存在下扩展量子罗盘模型中基态的几何相位。利用Jordan-Wigner变换将哈密顿量映射到费米子系统上，再利用Fourier变换实现对角化，得到了精确解，并得到了动量空间中的基态和几何相位的解析表达式.此外，由于几何相位在临界点的发散性，还研究了几何相位极值的标度行为及其普适性。
2014-03-06 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum phase transitions of a generalized compass chain with staggered Dzyaloshinskii-Moriya interaction
考虑了一类在横向磁场中具有交错Dzyaloshinskiii-Moriya交换作用的一维Compass模型.基于Jordan-Wigner方法得到的精确解，我们研究了激发能隙、能谱、自旋关联和相变时的临界性质。我们探讨了交错Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和磁场对能谱和基态相图的相互影响。讨论了熵和比热等热力学量，证明了它们在低温下的普适标度。
2017-05-31 cond-mat.str-el
Symmetry properties and spectra of the two-dimensional quantum compass model
我们利用二维量子罗盘模型的精确对称性，导出了L=6以下的$L\times L$团簇能谱中的非等价不变子空间。这种对称性允许人们将原始的$L\times L$罗盘簇简化为具有修改的相互作用的$(L-1)\times (L-1)$罗盘簇。这一步是至关重要的，并使：（i）精确对角化的$6\times 6$量子罗盘集群，和（ii）找到集群的比热L=6，两个特征的能量尺度。我们研究了基态和第一激发态的性质，并给出了激发能随体系尺寸的外推。我们的分析提供了物理见解的性质实现在有限温度下的量子指南针模型中的三阶。我们认为，在各向同性的相互作用点的量子相变是二阶与一些不连续的过渡的混合物，如熵，两种类型之间的重叠？顺序（水平和垂直键）和临界指数的存在。比热外推到$L\to\infty$极限表明量子罗盘模型的经典性质和高简并度的基态与n阶。
2013-06-04 cond-mat.str-el quant-ph
Ordering and Excitation in Orbital Compass Model on a Checkerboard Lattice
研究了棋盘格点上的轨道罗盘模型，其中轨道自由度用赝自旋算符表示。竞争产生于沿垂直/水平键的伪自旋的$z$分量的伊辛相互作用和沿对角键的$x$分量的伊辛相互作用。利用几种解析方法和数值模拟分析了经典和量子罗盘模型。在两个伊辛相互作用相互竞争的完全阻挫点处，宏观数量的轨道构型在经典基态中简并。这种简并性被热涨落和量子涨落解除，并且实现了伪自旋的$z$分量的交错长程序。由于键依赖伊辛相互作用之间的竞争，出现了这种顺序的三临界点。几何挫折激励动力学的作用进行了研究。
2012-03-16 cond-mat.str-el
Quantum Phase Transition in the One-Dimensional Extended Quantum Compass Model in a Transverse Field
利用Jordan-Wigner变换研究了横向场中一维扩展量子Compass模型的量子相变。除了在临界表面处能隙消失之外，该模型总是有隙的。我们得到了驱动量子相变的所有临界场的解析表达式。该模型显示了一个丰富的相图，除了自旋$y$分量在奇键上具有反平行有序的相外，还包括自旋翻转相、条带反铁磁相和饱和铁磁相。然而，我们研究的普遍性和标度性质的横向磁化率和最近邻关联函数衍生物在不同的区域，以确认所获得的结果使用能隙分析。
2011-01-19 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Quantum phase transitions in exactly solvable one-dimensional compass models
本文给出了一类代表莫特绝缘体中相互作用轨道自由度的一维罗盘模型的精确解。通过采用乔丹-维格纳变换，我们映射这些模型上的非相互作用的费米子和讨论如何自旋相关性，高简并的基态，和$Z_2$对称性的量子罗盘模型是可见的费米子语言。考虑一个锯齿形链的离子与单占据$e_g$轨道（$e_g$轨道模型），我们证明了轨道激发随横向场的增加而发生定性变化，并且激发间隙在量子相变到极化状态时关闭。这种相变在具有最大阻挫轨道相互作用的量子罗盘模型中消失，这类似于Kitaev模型。我们发现，有限横场使具有宏观简并性的轨道液体基态不稳定，并导致有限温度下比热和轨道磁化率的特殊行为。我们发现，熵和冷却速率在有限温度下表现出相当不同的行为，这两个模型的临界点附近。
2014-03-21 cond-mat.str-el quant-ph
First order phase transition in the anisotropic quantum orbital compass model
利用无限投射纠缠对态算法研究了无限正方晶格上各向异性量子轨道罗盘模型。对于不同的值的$J_x$和$J_z$耦合常数的模型，我们近似的基态和评估的数量，如其预期的能量和本地序参量。我们还计算了基态的绝热时间演化，并表明在$J_x = J_z$中同时存在几个具有不同局域性质的基态。我们所有的计算都与一阶量子相变在这一点上是完全一致的，从而证实了以前的数值证据。我们的结果还表明，张量网络算法特别适合于表征一阶量子相变。
2009-01-04 cond-mat.str-el
The quantum compass chain in a transverse magnetic field
利用解析无自旋费米子方法和数值Lanczos方法研究了自旋为1/2的量子罗盘链在横向磁场中的磁行为。在没有磁场的情况下，相图被分成四个有间隙的区域。为了确定施加横向磁场会发生什么，使用无自旋费米子方法，临界场作为交换的函数得到。我们的分析结果表明，场致效应取决于系统所处的四个区域之一。在相图的两个区域中，伊辛型相变发生在有限场中。在另一个区域，我们在基态磁相图中发现了两个量子相变。这些量子相变属于普适类的无公度相变。对低能谱和基态磁相图进行了详细的数值分析。特别是，我们表明，中间状态（$h_{c_{1}}<h<h_{c_{2}}$）是有间隙的，描述自旋触发器阶段。
2012-07-27 cond-mat.str-el
Quantum phase transition in the one-dimensional period-two and uniform compass model
利用赝自旋变换方法和迹映射方法研究了一维二周期均匀量子罗盘模型中的量子相变。给出了系统的精确解，计算了保真度、最近邻自旋纠缠、自旋和自旋关联函数。在临界点处，保真度和磁化率发生了显著变化，出现了赝自旋并发能隙，其尺度为$1/N$（N为系统尺寸）。自旋关联函数在临界点附近表现出平滑的行为。在周期为2的链中，赝自旋关联函数呈现出振荡行为，而在unform链中则没有这种现象。两种情况下，在临界点的发散相关长度表现在总的趋势。
2009-03-26 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Thermodynamic Properties of the One-Dimensional Extended Quantum Compass Model in the Presence of a Transverse Field
量子临界点的存在可以显著影响有限温度下材料的热力学性质。这反映在，例如，在量子临界点附近的熵景观S（T; c）中，对于改变诸如磁场的调谐参数c产生特别强的变化。本文研究了横场作用下量子罗盘模型的热力学性质。计算了绝热退磁过程中的比热、熵和冷却速率。在绝热（去）磁化过程中，温度在场诱导的零温度量子相变附近下降。然而，接近场诱导的量子相变，我们观察到一个大的磁热效应。
2011-05-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Fermionic Symmetry-Protected Topological Phase in a Two-Dimensional Hubbard Model
本文研究了自旋为1/2的费米子在三角形和蜂窝形晶格上的精确对角化二维哈伯德模型。在一定的参数范围内，哈伯德模型映射到这些晶格上的量子罗盘模型。在三角晶格上，罗盘模型表现出共线条纹反铁磁性，这意味着原始哈伯德模型中的$d$密度波荷序。在蜂窝晶格上，罗盘模型有一个独特的量子无序基态，在晶格反射下发生非平凡的转变。因此，修饰蜂窝晶格上的哈伯德模型的基态是一个2D费米子量子态保护的拓扑相。这种状态--受到时间反演和反射对称性的保护--不能被抽象地连接到自由费米子拓扑相。
2016-08-25 cond-mat.str-el
Exact treatment of magnetism-driven ferroelectricity in the one-dimensional compass model
考虑了一类在外部磁场中具有反对称Dzyaloshinskiii-Moriya交换作用的一维Compass模型.基于Jordan-Wigner变换得到的精确解，我们研究了激发能隙、自旋关联、基态简并度和相变的临界性质.有限电场和磁场下的相图由铁磁相、斜反铁磁相和手征相组成。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在手征相的基态中诱导了电极化，在那里出现了非局域弦序和纠缠谱的特殊特征，而强手征相关在有限温度下出现在其他相中，并由非手征基态和手征激发之间的间隙控制。我们进一步表明，在所有阶段的磁电效应消失以上的一个典型的温度对应的有效费米子模型的总带宽。为此，我们探讨熵，比热，磁化，电极化的强度，和磁电张量在有限温度。我们确定了相当奇特的比热和极化行为的指南针模型，从高度沮丧的相互作用。
2014-09-20 cond-mat.str-el quant-ph
One-dimensional frustrated plaquette compass model: Nematic phase and spontaneous multimerization
我们引入了一个一维的赝自旋模型，其中对于偶键和奇键（横档），沿腿和横档的伊辛相互作用在$X_{i}X_{i+1}$和$Z_{i}Z_{i+1}$之间交替.我们还包括下一个最近的邻居伊辛相互作用的plaquettes的对角线上，交替在这样一种方式，一个模型，其中只有腿的相互作用被打开是等效的，当只有对角线的存在。因此，在没有横档相互作用的情况下，模型可以在两个1D罗盘模型之间插值。该模型描述了局部对称性，即梯形的每个$2\times 2$胞元（格元）内的奇偶性。我们发现，对于不同的相互作用值，它可以实现不同的基态的图案形成这些本地宇称。通过精确对角化，我们推导出详细的$L=4$，6和8的小系统的相图，并使用下一个$L=12$，以确定出现在更大的系统以及通用的阶段。其中，我们发现，当腿和对角相互作用是相等的，而横档相互作用大于一个临界值时，一个具有宏观简并性的双相。该相位与二维罗盘模型中发现的相位相似。对于特定的参数，目前的元胞模型的低能量部分减少到一个一维罗盘模型与自旋$S=1$，这表明它实现了特殊的交叉类罗盘模型。最后，我们证明了该模型可以实现具有破坏平移不变性的相，这些相可以是二聚的，三聚的，\textit{etcetera}的，或者完全无序的，并且在相图的一个很好识别的窗口中高度纠缠。
2016-05-26 cond-mat.str-el quant-ph
Re-examining the directional-ordering transition in the compass model with screw-periodic boundary conditions
利用蒙特卡罗模拟研究了二维正方晶格上经典和量子罗盘模型中的方向有序跃迁。提出了一种改进的算法，该算法建立在Wolff聚类算法的一维子空间的配置空间。这种改进使我们能够研究经典系统的$L=512$。基于新的算法，我们给出了证据的存在强烈的反常标度的周期性边界条件，这是比以前预期的更糟糕。我们提出并研究了替代边界条件的指南针模型，不利用扩展的配置空间，并表明他们完全消除了问题与有限尺寸标度。在最后一部分中，我们将这些边界条件应用到量子问题中，并提出了一个相当改进的临界温度的估计，这应该是未来研究的指南针模型的兴趣。我们的调查确定了一个强大的一维磁有序的趋势与一个大的相关长度的不寻常的缩放的原因，而且允许一个精确的量化所涉及的异常长度尺度。
2010-06-22 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Mechanism of hole propagation in the orbital compass models
研究了量子罗盘模型中单个空穴的传播问题，该模型的电子基态由相互去耦的反铁磁链给出。罗盘模型可以看作是无自旋双带哈伯德模型的强耦合极限，我们在这里使用平均场论和变分集团方法进行研究。由于罗盘模型的对称性，沿一个晶格方向的固有无序原来不会影响空穴运动，因此掺杂空穴不会提高α相的亚延简并性。为了拓宽和加深理解，我们推导出一个广义巡回模型，并解决过渡到二维伊辛秩序。我们观察到相干的空穴运动在这两个反铁磁相，也在存在量子涨落远离纯伊辛交换。除了量子涨落和轨道间跳跃，三个网站的跳跃被发现发挥重要作用，并占主导地位的传播在二维伊辛极限，以及沿反铁磁链的顺序，形成在罗盘模型。
2013-11-19 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Phase Transition in the One-Dimensional XZ Model
我们引入了一个一维XZ模型，该模型在伊辛模型和量子罗盘模型之间插入了偶/奇键上交替的$σ_i^zσ_{i+1}^z$和$σ_i^xσ_{i+1}^x$相互作用.我们提出了两种精确解的方法：（$i$）映射到量子伊辛模型，和（$ii$）使用自旋为1/2的费米子。在某些情况下，最近邻赝自旋关联在量子相变处不连续地变化，在那里可以发现一维罗盘模型的高度简并基态。
2008-05-26 cond-mat.str-el
Topological Phase Transition in the Extended Cluster Compass Ladder
利用Jordan-Wigner变换，研究了与次近邻自旋相互作用的扩展量子罗盘模型等价的扩展集团罗盘梯的精确解.我们表明，该模型总是gapfull除了在临界表面的能隙消失。我们得到了驱动量子相变的所有临界耦合的解析表达式。该模型显示了一个丰富的相图，其中包括自旋翻转，带反铁磁和拓扑有序的腿，除了与自旋y分量的反平行有序的阶段在梯级。我们还研究了三点关联函数导数在不同区域的普适性和标度性质，以证实利用能隙分析得到的结果。另一方面，我们用通常的形式代替了团簇相互作用，并用Lanczos方法进行了数值实验。通过对数值结果的分析，我们发现次近邻自旋之间的相互作用效应与通常的形式完全不同。
2014-02-04 cond-mat.str-el quant-ph
Stripping the planar Quantum Compass Model to its basics
针对平面量子罗盘模型（QCM），我们引入了一种新的围绕精确可解的两足梯形极限的平均场论（MFT）。在通常的MFT相比，我们的建设尊重紧急，较低（这里$d=1$）的QCM维对称性所施加的严格约束。专门我们的建设QCM上的周期性的四脚阶梯，我们发现，一阶过渡分离两个相互对偶伊辛相，在良好的符合国家的最先进的数值的平面QCM。在有序相中的一个赝自旋翻转激发原来是两个（乔丹-维格纳）费米子束缚态，让人想起自旋- $1/2$海森堡链中的自旋波。我们讨论了新的影响，我们的工作（1）出现耦合的轨道和磁有序和液体无序相，（2）一个罕见的情况下，在$d>1$的轨道自旋分离，在上下文中的Kugel-Khomskii多轨道莫特绝缘体的观点。
2021-04-17 cond-mat.str-el
Spin dynamics of the generalized quantum spin compass chain
利用密度矩阵重整化群计算了广义自旋- $1/2$罗盘自旋链的动力学自旋结构因子。该模型，也被称为扭曲Kitaev自旋链，最近提出的自旋链化合物CoNb $_2$ O $_6$的描述相关。它具有键依赖的相互作用和伊辛链和Kitaev的蜂窝自旋模型的一维变体之间的插值。的结构因子，反过来，被发现从间隙和非色散的伊辛极限的间隙与非平凡的连续Kitaev极限。特别是，垂直于伊辛方向的结构因子的组成部分突然改变Kitaev点到一个dispersionless连续由于出现了广泛的基态简并。我们表明，这是连续的分析乔丹-维格纳结果是一致的。我们还讨论了未来的非弹性散射实验和应用材料，特别是钴铌$_2$ O $_6$的影响。
2023-03-27 cond-mat.str-el
Matrix Product State and Quantum Phase Transitions in the One-Dimensional Extended Quantum Compass Model
利用矩阵乘积态（MPS）研究了一维量子罗盘模型（QCM）的基态性质和量子相变。MPS波函数被认为是非常有效的描述QCM基态，并在数值上确定的虚时间投影。基态能量、关联、量子纠缠及其谱、局域和非局域序参量等，详细计算和研究了。结果表明，二分熵、块纠缠熵和最近邻关联函数可以用来检测二阶量子点，而不能检测一阶量子点，而保真度检测则可以同时识别二阶量子点和一阶量子点.从MPS波函数中提取纠缠谱，发现在QCM的无序相位中，存在非局域弦序参量时，纠缠谱是双简并的。利用线性化张量重整化群方法计算了它们的比热曲线，并研究了它们的低温行为。
2012-06-02 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Variational tensor network renormalization in imaginary time: Two-dimensional quantum compass model at finite temperature
通过注意到具有哈密顿量$H$的二维（2D）晶格系统的吉布斯算子$e^{-βH}$可以由三维张量网络表示，第三维是虚时间（逆温度）$β$，获得了描述量子系统中的热力学相变的进展。沿着$β$粗粒化网络会产生具有有限键维度$D$的2D投影纠缠对算子（PEPO）。粗粒化由等距的树张量网络执行。的等距优化变-考虑到充分张量环境-最大限度地提高精度的PEPO。该算法被应用到各向同性的量子罗盘模型在一个无限的正方形晶格附近的破缺相变在有限温度下。根据对称相的线性磁化率和破缺相的序参量，估计临界温度为${\cal T}_c=0.0606(4)J$，其中$J$是$S=1/2$赝自旋之间的各向同性耦合常数。
2016-04-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
The Quantum Compass Model on the Square Lattice
利用精确对角化、格林函数蒙特卡罗模拟和高阶微扰理论，研究了由哈密顿量$H = - \sum_{\bm{r}} (J_x σ_{\bm{r}}^x σ_{\bm{r} + \bm{e}_x}^x + J_z σ_{\bm{r}}^z σ_{\bm{r} + \bm{e}_z}^z)$定义的正方晶格上二维自旋1/2罗盘模型的低能性质.当$J_x\ne J_z$，我们表明，在簇的尺寸$L\times L$，低能量谱由$2^L$状态崩溃到彼此指数快速与$L$，一个结论，仍然是真实的任意接近$J_x=J_z$。在这一点上，我们表明，一个更大的国家崩溃指数快速与$L$到基态，我们提出的数字证据表明，这个数字正是$2\times 2^L$。我们还扩展到任意自旋的对称性分析的模型，并表明，所有本征态的两重简并仍然适用于任意半整数自旋，但不适用于整数自旋，在这种情况下，本征态一般是非简并的，在自旋1的情况下，通过精确的对角化证实的结果。莫特绝缘体和约瑟夫森结阵列的影响进行了简要讨论。
2005-01-28 cond-mat.str-el
Phase diagram and Ashkin-Teller universality in the classical square-lattice Heisenberg-compass model
Research Center for Quantum Physics and Technologies, School of Physical Science and Technology, Inner Mongolia University（内蒙古大学物理科学与技术学院量子物理与技术研究中心）
研究揭示了Heisenberg交换与compass各向异性如何共同作用，形成不同的临界行为，包括Ashkin-Teller和Ising临界性。
2026-03-10 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Spontaneous symmetry breaking in a generalized orbital compass model
引入了一个广义的二维轨道罗盘模型，该模型从经典的伊辛模型连续插值到具有受抑量子相互作用的轨道罗盘模型，并利用多尺度纠缠重整化方法（MERA）对其进行了研究.结果表明，随着交换作用的阻挫程度的增加，系统将发生二阶量子相变，从而达到简并对称破缺态，这使得轨道罗盘模型中的一个相互作用最小化.使用玻色子展开的自旋波理论，我们解开的物理机制的对称性破缺过渡促进弱量子涨落，并解释为什么这种过渡只发生令人惊讶地接近轨道罗盘模型的最大挫折的相互作用。自旋波在临界点处仍然是有间隙的，玻色子展开和MERA在临界基态中没有发现任何代数衰减的自旋-自旋关联。
2010-09-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Discrete Sliding Symmetries, Dualities, and Self-dualities of Quantum Orbital Compass Models and (p+ip) Superconducting Arrays
本文研究了自旋为1/2的二维和三维轨道指南针模型与过渡金属氧化物中轨道有序问题的关系。我们表明，这些系统显示自对偶和新的（规范样）离散滑动对称性。一个重要的和令人惊讶的结果是，这些模型是双重的（似乎无关）最近研究的p+ip超导阵列模型。利用虚时间离散化的路径积分表示构造对偶变换，并考虑其Z_{2}空间反射对称性和时空离散旋转，以透明的统一几何方式得到了若干对偶.我们还介绍了另一种建设的对偶变换使用运营商的身份。我们讨论了这些对偶的序参量和相变的轨道罗盘模型及其推广的后果，并将这些想法应用到一些相关的系统。
2005-02-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Quantum spin compass models in 2D electronic topological metasurfaces
我们考虑二维拓扑绝缘体（2DTI）中由圆柱形反点构成的正方形点阵的超表面。每个反点支持由螺旋拓扑边缘态形成的简并Kramer本征态对。我们表明，现场库仑排斥导致的发病的莫特绝缘体相在系统中在一定范围内的实验相关参数。2DTI固有的强自旋-轨道耦合特性支持了丰富的一类新兴的低能自旋哈密顿量，这些哈密顿量可以在所考虑的系统中进行仿真，这使得它成为强关联电子系统量子模拟的一个有吸引力的固态平台。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magnetic properties of nanoscale compass-Heisenberg planar clusters
我们研究了正方形晶格上自旋为1/2的模型，通过增加最近邻之间的扰动海森堡相互作用来推广量子罗盘模型，并研究了它的相图和磁激发。这个模型的动机既来自于轨道简并的强关联系统领域，也来自于为量子计算提出的基于固态的器件领域。我们发现，Compass模型的高简并基态是脆弱的，对于任何有限振幅的海森堡耦合，都将变为双重简并基态。通过计算有限集团的自旋结构因子与Lanczos对角化，我们证明了丰富的各种相位特征的Z2对称性，这是铁磁，C型反铁磁，或Neel型，并分析量子涨落的影响相边界。在有序相中，罗盘相互作用的各向异性导致自旋波的有限激发间隙。我们发现，对于小的纳米级团簇与大的各向异性间隙的最低激发列翻转激发，出现由于海森堡扰动的指南针模型的简并基态的流形。我们导出了一个有效的一维XYZ模型，它忠实地再现了这些激发态的精确结构，并阐明了它们的微观起源。低能量列翻转或罗盘型激发对于退相干过程是鲁棒的，因此被很好地设计用于在量子计算中存储信息。我们还指出，氮空位中心之间的偶极相互作用，形成一个矩形晶格的金刚石矩阵可能允许固态实现的各向异性指南针海森堡模型。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum phase transitions in a generalized compass chain with three-site interactions
本文研究了一类在外部磁场中具有XYZ $-$ YZX型三格点交换作用的一维罗盘模型。我们利用Jordan-Wigner变换得到了该体系的精确解，研究了激发能隙和自旋关联，并建立了相图。除了倾斜的反铁磁相和极化相，三位相互作用诱导两个不同的手征相，对应于具有两个或四个费米点的无隙无自旋费米子系统。我们发现标量手征算符的$z$分量可以作为这些手征相的序参量。我们还发现，包括威尔逊比的热力学量可以表征液相。最后，一个非平凡的磁电效应进行了探讨，我们表明，极化可以操纵的磁场在没有电场。
2016-06-15 cond-mat.str-el quant-ph
A continuum of compass spin models on the honeycomb lattice
具有空间相关相互作用的量子自旋模型，即罗盘模型，在研究受抑量子磁性中起着重要的作用。一个例子是Kitaev模型的蜂窝晶格与自旋液体基态和任何离子激发。另一个例子是在同一晶格上的几何受抑量子$120^\circ$模型，其基态尚未明确建立。为了将Kitaev模型推广到精确可解的极限之外，并将其与其他罗盘模型相连接，我们提出了一个新的模型，称为“三脚架模型”，它包含了一个连续的罗盘型模型。它通过调整一个参数$θ'$，即自旋空间中三脚架的三条腿之间的角度，平滑地插值伊辛模型、Kitaev模型和量子$120^\circ$模型。因此，它不仅统一了三种典型的自旋模型，而且使它们的量子相变的研究成为可能。在热力学极限下，利用张量网络数值计算了三脚架模型的相图。我们证明了量子$120^\circ$模型的基态具有长程二聚体有序。此外，我们发现一个扩展的自旋无序（自旋液体）之间的二聚体相和反铁磁相。本文所概述的一系列受抑自旋模型的统一和求解，对于探索其他量子自旋或轨道模型的新领域可能是有用的。
2016-06-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Quantum coherence in a compass chain under an alternating magnetic field
研究了在交变横向磁场作用下量子罗盘链中的量子相变和量子相干性。该模型可以通过Jordan-Wigner变换解析求解，并且该解表明它等价于晶格上的两组分一维（1D）费米气体。我们探讨了交错磁相互作用和多位相互作用对能谱的相互影响，并分析了基态相图。我们使用量子相干性来识别量子相变。结果表明，相干性的$l_1$范数不能准确地检测出分离带隙相位和无隙相位的量子临界点，而这一点可以通过相干性的相对熵精确地确定.詹森-香农分歧在例外点有些模糊。我们还提出了一个实验实现这样的一维系统使用超导量子线路。
2018-06-08 cond-mat.str-el quant-ph
Phase diagram of a square lattice model of XY Spins with direction-dependent interactions
本文推广二维XY自旋正方晶格罗盘模型，利用场论与Monte Carlo模拟揭示其从Ashkin-Teller型连续变化临界点线到四态Potts点，并经一级相变区连接晶格向列Ising相变的相图。
2024-01-17 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Compass and Kitaev models -- Theory and Physical Motivations
指南针模型是一种物质理论，其中内部自旋（或其他相关场）分量之间的耦合固有地依赖于空间（通常是方向）。罗盘型相互作用出现在不同的物理系统中，包括具有轨道自由度的莫特绝缘体（其中相互作用敏感地依赖于所涉及的轨道的空间取向），受抑量子磁体的低能有效理论，具有强自旋-轨道耦合的系统（如虹彩酸盐），空位中心和冷原子气体。Kitaev的模型，特别是蜂窝晶格上的罗盘变体，实现了拓扑量子计算的基本概念。内部（自旋、轨道或其他）和外部（即，作为Compass模型基础的空间）自由度通常导致非常丰富的行为，包括在非阻挫晶格上的（半）经典有序态的阻挫，并且导致增强的量子效应，在某些情况下，促使零温度量子自旋液体的出现。由于这些挫折，新类型的对称性及其相关的退化可能会出现。这些中间对称性位于全局对称性和局部规范对称性的极端之间，并导致有效的降维。我们审查指南针模型在一个统一的方式，密切关注这些对称性的确切后果，并通过秩序无序效应稳定秩序的热和量子涨落。我们回顾了非平凡的统计和外观的拓扑量子秩序罗盘系统中，凭借其中间对称性标准订单不出现。这是补充调查的数值结果。适当的理论和实验结果进行了比较。
2013-03-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Learning a compass spin model with neural network quantum states
神经网络量子态为相互作用量子系统的多体态提供了一种新的表示方法，为解决其他数值方法无法解决的受挫折量子自旋模型开辟了一条有前途的途径。然而，它描述具有大晶胞的复杂磁序的能力尚未得到证明，并且它在崎岖的能源景观中的性能受到质疑。本文利用限制玻尔兹曼机和随机梯度下降方法，在蜂窝晶格上研究了一个罗盘自旋模型的基态，该模型统一了Kitaev模型、伊辛模型和量子120 $^\circ$模型，并且只需要一个调谐参数.我们报告了变分能量、序参量和关联函数的计算结果。得到的相图与张量网络模型的预测吻合较好，证明了限制玻尔兹曼机学习受抑量子自旋哈密顿量基态的能力.讨论了计算的局限性。本文概述了一些策略，以解决机器学习中遇到的一些挑战。
2022-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
A Tale of Two Quantum Compass Models
研究了量子罗盘模型的两种变体：蜂窝状模型的量子相变及方格无自旋费米子模型的温度依赖维度交叉，并提出通过设计扰动模拟拓扑相变与奇异物质相。
2023-06-27 cond-mat.str-el
Ground state properties of the Heisenberg-compass model on the square lattice
本文通过经典蒙特卡罗、自旋波分析和精确对角化研究正方晶格Heisenberg-compass模型的基态相图，发现六类长程有序相，并揭示经典与量子基态相图高度一致。
2024-10-18 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Exact zero modes in a quantum compass chain under inhomogeneous transverse fields
研究了最近邻相互作用和横向场随空间变化的一维量子横向罗盘模型中精确Majorana零模的出现。通过将自旋系统转化为二次马约拉纳-费米子模型，我们得到了一个精确的公式的涌现EMZM的数量，这是发现依赖于分区性质的晶格位置上的磁场消失。我们还推导出明确的表达式，这些EMZMs的波函数，并表明，它们确实依赖于网站指数的上述分区的精细功能。基于以上关于EMZM的严格结果，我们对先前文献中观察到的本征态简并度对横场的有趣依赖性提供了一种解释。作为一种特殊情况，我们采用平面波近似精确求解了具有交替最近邻相互作用和交错磁场的开放罗盘链。即使对于有限链，也给出了使模型对角化的典型Majorana模式的显式形式。我们表明，除了可能存在的EMZM，几乎没有马约拉纳零模式存在，除非两个子晶格上的字段都关闭。我们的研究结果可能揭示了在控制基态简并在相关系统中的外部场单独调整。
2019-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el math-ph
Emergent dimensional reduction of the spin sector in a model for narrow-band manganites
广泛使用的锰氧化物的双交换模型被示出为在填充分数1/n（n=3，4，5.）处支持各种“条纹”相，在窄带宽和小Jahn-Teller耦合的以前未探索的制度。在二维中工作，我们的主要结果是这些条纹可以单独自旋翻转，而没有物理相关的能量变化，即，我们发现了一个大的基态流形，具有接近简并的能量。因此，二维自旋系统显示出一个意想不到的动态生成的降维为解耦的一维条纹，即使电子状态保持二维。我们的结果与最近的文献中解决罗盘模型在量子计算的关系进行了讨论。
2011-05-17 cond-mat.str-el
Dilution Effects in Two-dimensional Quantum Orbital System
我们研究了具有量子轨道自由度的Mott绝缘态中的稀释效应，称为二维轨道罗盘模型。这是轨道模型的量子和二维版本，其中沿着不同键方向的相互作用导致不同轨道构型之间的挫折。用量子Monte-Carlo方法研究了一种轨道在每一行或每一列上的长程关联，称为方向序。结果表明，由于稀释导致的有序化温度的降低比自旋模型中的要强烈得多。量子效应提高了系统的有效维数，并使方向阶对稀释具有鲁棒性。我们讨论了稀轨道系统的一个基本机制。
2006-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Kondo impurities in the Kitaev spin liquid: Numerical renormalization group solution and gauge-flux-driven screening
Kitaev的蜂窝格子罗盘模型描述了一个自旋液体与紧急分馏激发。在这里，我们研究耦合到Kitaev自旋液体主机孤立的磁性杂质的物理。我们重新制定这个Kondo型问题的一个多态量子杂质耦合到一个多通道浴的Majorana费米子，并提出了数值精确的解决方案，使用威尔逊的数值重整化群技术。量子相变的发生是近藤耦合和局部施加的电场的函数。在零磁场下，杂质矩只有在束缚一个出射规范通量时才被部分屏蔽，否则在低温下就变成自由的。我们展示了如何马约拉纳自由度确定的不动点性质，使接触近藤屏蔽赝隙费米系统，并讨论了远离稀释极限的影响。
2016-07-13 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Hybrid Symmetry Breaking in Classical Spin Models With Subsystem Symmetries
我们研究两个具体的情况下，相变打破了子系统的对称性。该模型是两个经典的指南针模型，具有线翻转和平面翻转对称性，并对应于一个特殊的限制海森伯Kitaev哈密顿立方晶格。我们表明，这些模型经历了混合对称破缺，系统显示不同的对称破缺模式在不同的子流形。例如，系统可能在链或平面内看起来是磁性的，但当从更高的一维观察时，它是向列型的。我们充分表征了一组子维的序参量，并确认数值两种情况下进行非标准的一阶相变的破缺相。我们的结果提供了新的见解相变涉及子系统的对称性和推广传统的自发对称性破缺的概念。
2023-02-22 cond-mat.str-el
Exact Solution to a Class of Generalized Kitaev Spin-$1/2$ Models in Arbitrary Dimensions
构造了一类任意维的精确可解的广义Kitaev自旋- $1/2$模型，它超出了量子罗盘模型的范畴.利用Jordan-Wigner变换证明了方程的精确可解性。一个精确可解的量子自旋- $1/2$模型可以映射到一个耦合到静态$Z_2$规范场的自由马约拉纳费米子气体。我们将这些精确可解模型按照它们的父模型进行分类。属于此类的任何模型都可以由其中一个父模型生成。为了说明，研究了二维（$2D$）四边形-八边形模型和三维（$3D$）$xy$键模型。
2018-07-02 cond-mat.str-el nlin.SI
Fidelity susceptibility in the two-dimensional spin-orbit models
我们用保真度磁化率和约化保真度磁化率研究了二维自旋轨道模型中的量子相变。利用保真度磁化率确定了正方晶格上具有Dzyaloshinsky-Moriya相互作用的二维Heisenberg XXZ模型中的阶-阶相变.保真度磁化率的有限尺寸标度在临界点处呈现幂律发散，这表明量子相变是二级的。六角晶格上Kitaev-Heisenberg模型的保真度磁化率证明了两种不同类型的量子相变。利用二维量子罗盘模型的对称性，得到了约化保真度磁化率的简单解析表达式。与基态能量的导数相比，保真度磁化率对相变的敏感性稍高。临界态下约化保真度磁化率的标度行为违反幂律，表明量子相变属于一级相变。我们的结论是，保真度磁化率和减少保真度磁化率表现出很大的优势，以表征不同的量子相变的自旋轨道模型。
2011-11-22 cond-mat.str-el quant-ph
Correlated Chern insulators in two-dimensional Raman lattices: a cold-atom regularization of strongly-coupled four-Fermi field theories
我们发现，超冷原子与合成的自旋轨道耦合的拉曼晶格中，可以被用来作为多功能的量子模拟器，探索相关的陈绝缘体和强耦合的四费米场论与Gross-Neveu模型在（2+1）维之间的联系。利用这一多学科的角度来看，我们确定了一个大的$N$量子反常霍尔（QAH）效应在没有任何外部磁场，并用它来划定这些相关的拓扑相位出现在参数空间中的区域，其边界是由强耦合的四费米相对论场论理论的不动点控制。我们进一步展示了如何，对于强相互作用，QAH效应让位于磁相位描述的二维量子罗盘模型在横向领域。我们提出了一个详细的描述使用大- $N$有效势的相图，变分技术，如投影纠缠对。
2020-11-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Enhanced Stability of Skyrmions in Two-Dimensional Chiral Magnets with Rashba Spin-Orbit Coupling
最近的发展导致了三维（3D）手性磁体中skyrmions活动的爆炸。实验已经直接探测了这些拓扑自旋纹理，揭示了它们的非平凡性质，并为新的应用提出了建议。然而，在3D中，skyrmion晶体相仅在温度场相图的狭窄区域中观察到。我们在这里表明，使用基于对称性的一般分析，skyrmions更容易稳定在二维（2D）系统与Rashba自旋轨道耦合。这种增强的稳定性产生于场和易平面磁各向异性之间的竞争，并导致skyrmions核心中拓扑电荷密度的非平凡结构。我们进一步表明，在磁交换的各种微观模型中，所需的易平面各向异性自然产生于相同的自旋-轨道耦合，这是负责手性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。我们的研究结果是特别感兴趣的二维材料，如薄膜，表面和氧化物界面，打破表面反演对称性和Rashba自旋轨道耦合自然导致手性交换和易平面罗盘各向异性。我们的理论为二维磁性材料在大范围磁场下稳定skyrmions的实验研究提供了明确的方向。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Detecting Topological Order with Ribbon Operators
本文介绍了一种基于一维体算子的二维模型拓扑序的数值识别方法。我们的想法是通过大量的行为作为字符串运算符关联到一个任意子模型，以确定支持薄条近似对称。我们可以用矩阵乘积的形式表示这些带状运算符，并定义一个成本函数，使我们能够有效地优化这个类。我们测试了这种方法的自旋模型与阿贝尔拓扑秩序，通过寻找带运营商的$\mathbb{Z}_d$量子双模型与本地领域和Ising类条款。此外，我们确定带状物的阿贝尔阶段的Kitaev的蜂窝模型，作为量子纠错码的编码量子比特的逻辑运算符。我们进一步确定了量子罗盘模型中的拓扑编码量子位，并表明，尽管这个量子位，该模型不支持拓扑秩序。最后，我们讨论了该方法如何支持检测nonabel拓扑序的推广。
2016-09-07 cond-mat.str-el quant-ph
Orbital order driven quantum criticality
电荷、自旋和轨道自由度是过渡金属化合物物理学的基础。许多工作揭示了量子临界点与自旋和电荷自由度在许多这些系统。在这里，我们说明，体现轨道自由度的最简单的模型-二维和三维量子轨道罗盘模型-表现出一个精确的量子临界行为稀释的正方形和立方晶格（掺杂分数分别为1/4和1/2）。这提高了在掺杂（或施加压力）这种过渡金属系统时由轨道顺序的退化触发的量子临界点的可能性。我们证明了轨道自旋玻璃在几个相关系统中的存在，其中轨道耦合是不均匀的。此外，一个新的轨道拉莫尔进动（即，轨道状态的周期性变化）。
2008-10-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Dissipative spin chain as a non-Hermitian Kitaev ladder
本文研究带退相干噪声的一维量子罗盘模型，通过将其映射到非厄米Kitaev梯子并用Majorana费米子求解，精确得到了Liouvillian能隙、相变点及边缘自旋自关联函数，揭示了拓扑区域对退相干的抑制作用。
2023-04-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el math-ph
