大自旋系统中的宏观量子隧穿及逃逸率的量子 - 经典相变

本文综述了自旋系统中宏观量子隧穿及逃逸率相变的理论与实验进展。我们提出了基本思想并辅以简化计算，以便该领域内的专家和非专家都能阅读。回顾了使用正交位置和动量基底的量子力学路径积分表述原始形式的简要推导。对于单分子磁体等自旋系统，路径积分的表述需要在 $(2s+1)$ 维希尔伯特空间中使用非正交自旋相干态，并推导了自旋相干态路径积分的坐标无关形式和坐标相关形式。这两种形式的自旋相干态路径积分被应用于单分子磁体穿过其磁各向异性势垒的隧穿。展示了大多数实验和数值结果。从零磁场下两种形式均推导出了半奇数自旋的隧穿抑制（自旋宇称效应），表明该结果（自旋宇称效应）与坐标无关。在非零磁场下，我们展示了沿自旋硬各向异性轴方向施加磁场时，隧穿分裂振荡的实验和理论结果。还综述了反铁磁交换耦合二聚体模型中隧穿的实验和理论结果。由于自旋相干态路径积分形式是一种半经典方法，我们推导了一种将自旋系统精确映射为势场中粒子的替代方法（有效势方法）。这种有效势方法允许研究自旋系统中逃逸率的相变。