旋量凝聚體的光耦合特性及量子漲落

《旋量凝聚體的光耦合特性及量子漲落》是依託太原理工大學，由張傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：旋量凝聚體的光耦合特性及量子漲落
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張傑
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

利用雷射電場的極化效應，可以囚禁各種自旋狀態的原子，從而實現一個嶄新的量子自旋體系- - 旋量玻色凝聚體。它既具備超流性，但是由於自旋自由度的解放，又攜帶著非常豐富的磁學效應，再加上凝聚體本身的光學特性，使得旋量凝聚體在分數量子霍爾效應，微弱磁場測量，量子模擬，新型光學器件等實際套用方面有著廣泛的前景。本項目研究具有豐富內部自由度的超冷玻色凝聚體的光場自旋軌道耦合和量子漲落特性。結合世界範圍內旋量凝聚體實驗方面取得的進展，選擇自旋為1的旋量凝聚體作為對象，運用量子多體理論，規範理論主要研究兩個方面的內容：（1）光場作用實現的的自旋軌道耦合及其對凝聚體自身拓撲性質的影響，（2）旋量凝聚體混合物的量子漲落及調控。我們關注兩個新穎的物理現象，即自旋混合動力學的光學回響和自旋壓縮與漲落膨脹，其實現和調控可以加深人們對旋量凝聚體的量子特性的認識，檢驗量子多體物理的基本模型。

結題摘要

冷原子氣體奇異相和量子動力學的研究是量子調控領域的熱點之一，始終處於國際科學研究前沿領域。本項目主要圍繞冷原子氣體以及光晶格中原子系統的物理特性進行了研究，運用量子多體理論以及量子蒙特卡羅方法主要研究了以下幾方面的內容： （1）由鐵磁性原子和反鐵磁性原子組成的旋量凝聚體混合物的基態破碎特性，設計了一種在磁場中捕獲“超破碎凝聚態”的方案。 （2）運用改進的量子蒙特卡羅方法對含配對隧穿玻色哈伯德模型進行了研究，集中討論了配對超固體相，給出相變的普適類和臨界指數，這些是平均場方法做不到的。 （3）我們從理論上設計一種雷射驅動三束縛原子在光晶格上隧穿的方案，推導出相應的三體隧穿理論模型，給出三聚體超流的實驗存在的參數範圍，並在理論上模擬了三聚體超流相和其它相之間的相變特徵。 （4）為了尋找三體超流相和三體超固體相, 我們把冷原子注入到二維光晶格中, 其配位數z大於一維晶格。我們系統地分析了二維正方晶格(z=4), 二維三角晶格(z=6), 和三維正方晶格(z=6)，並給出三體超流和超固體的存在範圍和條件。 （5）旋量凝聚體的量子漲落及自旋壓縮，大多數自旋壓縮的課題都是以角動量表象作為基矢， 但是其局限性比較明顯， 哈密頓量中的各項必須可以由角動量算符表示才行。我們將問題推廣到粒子數表象，即可以在哈密頓量中添加任意形式的算符，豐富了問題研究的多樣性。 本項目已按計畫完成。自承擔項目以來，我們已在國際學術期刊 Phys. Rev. A 上發表論文3篇，Phys. Rev. B上發表一篇。 其它工作成果已基本完成，相關論文預期在2016年發表。項目研究對我們進一步認識冷原子氣體的量子特性、探索量子多體物理的基本模型具有重要意義，對冷原子物理的發展有創新性的理論科學價值。