《旋量冷原子體系的關聯和干涉現象》是依託清華大學，由呂嶸擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：旋量冷原子體系的關聯和干涉現象
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：呂嶸
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目著重於旋量凝聚體的多粒子關聯、自旋動力學和量子干涉現象的理論研究，揭示其中新的物理現象，為量子多體理論和基於冷原子體系的與自旋相關的輸運和量子計算的實際套用提供堅實的理論基礎。.近年來由於冷原子體系製備技術和實驗探測手段的飛速發展，旋量凝聚體已成為其中的一個熱點領域，為研究量子力學中關聯和干涉現象提供了可以精確調控的平台。本項目將針對旋量凝聚體的豐富的自旋結構和相圖，建立模型，有效地處理多粒子和自旋關聯效應，並發展相關的數值計算方法。在此基礎上，研究旋量凝聚體渦旋態的產生、調控和物理特性，自旋混合中的量子漲落和退相干機制，分步凝聚和KT轉變，具有長程磁耦合的旋量凝聚體的量子干涉現象，以及受限體系的與自旋相關的量子輸運和強關聯性質等前沿問題。
結題摘要
針對冷原子物理學的前沿熱點方向，在旋量凝聚體的渦旋態性質、混合物基態及其激發譜、自旋-軌道耦合和量子相干等課題進行理論研究。主要創新成果包括： 1.旋量凝聚體的渦旋泵浦及量子力學疊加態的產生機制研究。如何產生一個具有高度糾纏的疊加態是一個具有挑戰性的熱點問題。冷原子體系由於其相當長的相干時間，而成為研究量子相干特性的理想候選者。我們提出了一個在旋量冷原子凝聚體產生疊加態的方案，它是由兩種具有高流速的、流向相反的環流疊加而成。系統研究了產生這種環流的泵浦機制，提出了一個實驗上可行且高效的方案。並通過數值模擬驗證了這個方案的可靠性。 2.旋量凝聚體混合物基態及其激發譜的研究。旋量凝聚體混合物的物理特性的研究處於剛起步階段。我們研究了了弱磁場對旋量凝聚體混合物基態性質的影響。發現同種原子之間與不同種原子之間的相互作用，以及線性的塞曼效應之間的相互競爭將導致基態出現一種軸對稱性被破缺的新奇相。在此基礎上計算了不同相的激發譜。對於軸對稱自發破缺相，體系存在三支Goldston模式。 3.旋量凝聚體的自旋-軌道耦合效應。冷原子體系的自旋-軌道耦合效應是當前冷原子物理的一個研究熱點，而旋量凝聚體特有的與自旋相關的相互作用，和自旋-軌道相互作用一起將導致更為豐富和新奇的物理效應。我們研究了具有自旋-軌道耦合的自旋為2的旋量凝聚體的基態性質，對於自旋為2的旋量凝聚體獨有的cyclic態，發現自旋-軌道耦合可以導致自旋分量的態密度呈現四方和三角晶格結構，並隨著軸向非對稱性的增加，兩種晶格結構可以相互轉化。 4.兩種組份自旋為1的旋量凝聚體的量子糾纏特性的研究。在我們以前的工作中，通過平均場近似的方法得到了兩種不同的自旋為1的旋量凝聚體的基態相圖。在本項工作中，我們超越了平均場近似，得到體系完全的量子自旋模型，並通過對角化的方法得到體系的基態。並且系統研究了兩個組份間的糾纏隨組份間的自旋交換相互作用和單態配對相互作用的依賴關係，並找到了其中的最大糾纏態。 5.具有磁偶極相互作用的旋量凝聚體中的巨觀量子相干現象的研究。我們發現磁偶極作用、自旋交換作用及外加的各向異性勢阱的共同影響，可以導致具有雙軸對稱性的量子磁體。發現在沿體系的難磁化軸方向上的外磁場作用下，體系的隧穿能級劈裂隨外磁場振盪。依據這個重要結果，設計了一套實驗上可行的方案，通過測量每個自旋分量上的原子數目以探測巨觀量子相干現象。
