新型費米原子氣體中相互作用效應的理論研究

《新型費米原子氣體中相互作用效應的理論研究》是依託清華大學，由俞振華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型費米原子氣體中相互作用效應的理論研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：俞振華
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近期實驗已在製備具有自旋軌道耦合及束縛於二維空間的費米原子氣體方面取得重大突破。這些進展觸發我們研究原子間的相互作用在這兩類新型費米氣體中的效應。BEC-BCS crossover的研究表明原子間的近程關聯具有確定的形式。由近程關聯定義的接觸關聯強度（contact）更與體系的熱力學函式，自旋關聯等有直接聯繫。我們將研究自旋軌道耦合對費米原子間近程關聯的定性及定量影響：考察自旋軌道耦合的引入是否會改變關聯在近程的漸近形式；計算關聯強度對自旋軌道耦合強度的定量依賴。對於二維費米原子氣體，原子間的相互作用引發量子反常，使得體系的標度不變性被破壞。我們將研究標度不變性的破壞對束縛於諧振子勢中的二維費米原子氣體呼吸模的影響。我們將計算由相互作用產生的呼吸模頻率的偏移。我們還將使用接觸關聯強度作為量子反常的定量表征，研究溫度對二維費米原子氣體的量子反常的影響。

結題摘要

在本項目資助期間，我們對原子費米氣體的p波接觸關聯，諧振腔中費米氣體的超輻射轉變，異核混合費米氣體的鐵磁轉變，超Efimov態普適性起源等問題開展了研究。基於研究成果，我們發表了8篇SCI學術期刊論文，其中PRL3篇。 我們將接觸關聯這一概念從s波相互作用拓展到p波相互作用，定義了新的物理量－－兩個p波接觸關聯強度。我們繼而證明了這兩個p波接觸關聯強度是如何決定p波共振費米氣體的普適性質的。此成果以本人第一作者發表於PRL 115, 135304 (2015)。我們的理論結果並且得到了多倫多大學Thywissen教授實驗組實驗的確認。本人與Thywissen教授實驗組合著的實驗論文arxiv:1505.08151也已投稿Nature Physics。 將原子氣體載入高性能的諧振腔中，原子與腔場可以形成強耦合。這一複合體系可能呈現出新的物體。我們首先研究了諧振腔中單分量費米氣體的超輻射轉變，建立了超輻射轉變的Landau平均場理論，發現超輻射轉變取決於原子氣體的密度關聯。此研究成果以本人共同通訊作者發表於PRL 112, 143004 (2014)。 我們理論研究了異核混合費米氣體在窄Feshbach共振時，體系發生巡遊鐵磁轉變的可能性。我們發現利用窄Feshbach共振，既可以實現強排斥作用，體系的壽命同時可以得到明顯延長。從而為實驗上在窄Feshbach共振附近觀察到巡遊鐵磁轉變提供了理論基礎。本成果發表於PRL 110, 230401 (2013)。 我們則採用超球坐標系直接求解三體薛丁格方程研究了超Efimov態普適性起源。我們發現超Efimov態普適性源於一個三體有效勢。由此有效勢出發，我們就可以得到超Efimov態的普適性質。我們還預言了超Efimov態三體參數在原子氣體中同樣具有普適性，及由超Efimov態導致的三體損失率增強的信號。此成果以本人通訊作者發表於PRA 92, 020504 (R) (2015)，並被選為Editors' Suggestion。