《光晶格中超冷原子氣體的新奇量子相研究》是依託山西大學，由王利擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：光晶格中超冷原子氣體的新奇量子相研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王利
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光晶格在超冷原子物理中占據著重要的地位，它與固體物理中的晶格系統極其相似，是我們利用超冷原子系統進行量子模擬的重要平台。在光晶格中模擬研究傳統凝態物理中的強關聯現象並探索新奇的量子相是超冷原子物理研究的重要熱點。特別是近期光晶格上Hofstadter模型的實驗實現更加激發了物理學家們在這個方面的研究熱情。本項目研究處於人工規範場中的光晶格上的超冷原子系統，主要藉助於平均場理論及嚴格的數值方法，針對系統中出現的新奇量子相展開研究。利用雷射與原子的相互作用，可以在光晶格中實現包括人工磁場在內的各種人工規範場。我們研究各種不同的人工規範場對光晶格系統物理性質的影響，如單粒子能譜，拓撲性質等，並且進一步在系統中引入相互作用，分析它與人工規範場的競爭合作關係，在光晶格系統中尋找包括量子霍爾態在內的新奇的拓撲量子態。同時，在開展研究工作的過程中發展一套適用於處理人工規範場中的光晶格系統的嚴格數值方法。
結題摘要
超冷原子物理已經發展成為當前物理學研究前沿最重要的研究課題之一。光晶格中的超冷原子系統是模擬研究傳統固體物理中晶格系統的優異平台。光晶格具有高度的可控性、可調性，在現有雷射技術下可以自由設計。比如，利用雷射輔助躍遷等實驗技術，可以對光晶格躍遷過程進行人為設計和調控，實現對人工磁場、自旋軌道耦合、任意子系統等問題的模擬研究。本項目研究了現有實驗條件下有望實現的一些特殊設計的光晶格中的超冷原子系統，特別是躍遷項上有調製的光晶格系統。我們利用解析方法及嚴格的數值算法計算了這類系統的單粒子能譜、Berry相位、粒子密度分布、單粒子約化密度矩陣、兩粒子關聯函式等物理量來探索其中的新奇量子動力學及量子相變。我們研究了躍遷過程伴有自旋翻轉的光晶格中的費米子系統的動力學演化過程，發現了有趣的雙速量子行走現象，揭示了部分局域化與平能帶存在性的聯繫，提出依靠量子行走檢測晶格系統中是否存在平能帶的可能性。我們研究了躍遷項具有周期調製的光晶格系統的拓撲性質，分析了零能拓撲邊界態對全同粒子量子行走的影響，指出了零能拓撲邊界態的釘扎與排斥效應。高度局域化的拓撲邊界態可以讓晶格內部與邊界的粒子進行互不干擾的量子行走，這一機制有望在微納量子信息器件設計中獲得套用。我們還研究了通過躍遷項調製實現的全同任意子系統的量子動力學過程，分析了任意子的分數統計因子對系統關聯函式演化過程的影響，展示了贗費米子系統的兩粒子關聯函式的時間演化特徵。我們研究了躍遷項具有準周期調製的光晶格系統，指出了非對角準無序導致的超流到玻色玻璃相的量子相變，分析了玻色玻璃相的關聯性質。此外，我們還研究了晶格邊界條件及在位相互作用、最近鄰、次近鄰以至長程偶極相互作用對相應光晶格系統的動力學演化等物理性質的影響。在以上工作進行中，我們發展了處理相應問題的數值計算程式。在項目執行期間總計做出7個工作，在國內外學術期刊發表文章5篇。
