液氦的路徑積分蒙特卡羅模擬.pdf

1、4He有氣態(tài)、正常液體、超流以及其它幾種晶體相。由于氦原子之間的相互作用很弱，零點運動會阻止液氦形成晶體結構，因此在25.3bar壓強以下，氦4直到絕對零度都保持液體狀態(tài)，即永久液體。這個性質使液氦成為研究宏觀量子效應最好的系統(tǒng)之一。在2.17K左右，4He會發(fā)生超流相變，轉變?yōu)槌饕后w氦II。
　　液氦系統(tǒng)的性質可以通過量子蒙特卡羅方法（QMC）進行模擬。路徑積分蒙特卡羅（PIMC）是量子蒙特卡羅的一種。和其它只能計算基態(tài)性質的

2、模擬方法不同，PIMC可以在量子層次上對物質的有限溫度進行模擬，給出其它態(tài)上的熱力學平均值。當系統(tǒng)維度很高的時候，PIMC能夠同樣有效地進行計算。
　　本文使用路徑積分蒙特卡羅程序對液氦系統(tǒng)進行了模擬，得到了諸如能量、壓強差、徑向分布函數(shù)、結構因子以及超流分數(shù)等物理量，并且著重分析了計算結果所體現(xiàn)出來的量子效應。從模擬結果可以看出，PIMC能夠對能量等物理量進行精確的計算。對壓強的計算結果可以為熱力效應提供了解釋。從徑向分布函數(shù)以

3、及結構因子的計算可以看出，這種方法可以精確地反映液氦的結構以及溫度變化所造成的液氦結構的變化。本文還討論了體系的量子效應，計算結果表明，當溫度比較高時，粒子性比較明顯，路徑集中在很小的空間范圍內，當溫度降低的時候，波動性占據(jù)了主要地位，路徑擴散到很大的空間范圍內。當粒子的間距小于德布羅意波長的時候，粒子變得不可區(qū)分，會發(fā)生粒子間的交換。交換粒子的數(shù)目隨著溫度的降低而增多。交換粒子的路徑會發(fā)生交聯(lián)，形成穿過整個元胞的路徑，這是形成超流的標