【摘 要】
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随着科技水平的快速发展,电子产品的小型化对储能设备的要求越来越高。工程上,一个储能设备的性能主要从它的能量密度、安全性和可循环性等方面判断。在日常生活中,常见的储能设备主要有锂原电池和锂离子电池。其中,锂原电池的安全性差,存在爆炸危险;它是一次性电池,不能循环使用;锂离子电池需要保护电路以防止电池过度充放电,并且使用条件有限,高低温使用危险大。为了使储能设备具备充电速度快、存储能量大和高安全等特点
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随着科技水平的快速发展,电子产品的小型化对储能设备的要求越来越高。工程上,一个储能设备的性能主要从它的能量密度、安全性和可循环性等方面判断。在日常生活中,常见的储能设备主要有锂原电池和锂离子电池。其中,锂原电池的安全性差,存在爆炸危险;它是一次性电池,不能循环使用;锂离子电池需要保护电路以防止电池过度充放电,并且使用条件有限,高低温使用危险大。为了使储能设备具备充电速度快、存储能量大和高安全等特点,学者们开始将量子力学原理应用到能量转移的研究中并获得了一些成果,如:N个自旋系统集体充电比其并行充电具有更高的效率,处于各向异性自旋链的电池充电速度更快等。本文较系统地探究了Ising自旋链模型的量子能量转移特性,以两粒子为研究对象,采用量子重整化群的方法计算了量子系统可提取能量的大小。本文具体研究内容如下:(1)研究了Ising自旋链模型在不考虑自身磁场而用外部电场驱动情况下的能量转移情况。分别计算了两粒子处于分离态和纠缠态时量子系统能量转移的大小,根据转移的能量给出了能量转移分析图,对比分析了这两种状态的结果。通过对比自旋链交换耦合常数J(28)1和J(28)1-,发现当交换耦合常数为J(28)1-时,量子系统能量转移的效果更好,并在此条件下纠缠态比分离态更有优势。(2)探讨了有外部电场驱动且考虑磁场条件下的Ising自旋链模型能量转移问题。根据转移的能量画出变化曲线并对比分析,我们发现随着电场强度(磁场强度或沿着磁场负方向的磁场强度)的增加,能量转移量增加,且增加速度较快。当纠缠态更有优势时,两者的能量转移量相差较大,对于分离态更有优势的情况,电场强度(磁场强度)的取值范围有限且分离态与纠缠态在能量转移量上相差很小,分离态的效果只是略优于纠缠态。(3)研究了无驱动场情况下量子系统的能量转移特性,对比普通方法和量子重整化群方法,发现采用这两种方法计算量子系统能量转移所得出的结论是相近的,但是量子重整化群方法可以通过迭代将两粒子推广到多个粒子的情况,减小了计算量、降低了计算难度。(4)研究了具有DM相互作用的Ising自旋链模型量子系统的能量转移特性。对比无DM相互作用的模型,可以发现:DM相互作用对量子系统的能量转移有积极作用。
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