費米冷原子氣體中的非常量子現象

《費米冷原子氣體中的非常量子現象》是依託浙江大學，由陳啟瑾擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：費米冷原子氣體中的非常量子現象
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：陳啟瑾
• 項目類別：面上項目

項目摘要

費米冷原子氣體為研究量子物理以及包括凝聚態體系在內的多體量子系統提供了一個理想的平台。這主要得益於冷原子氣體中眾多的可調參數。通過選擇適當的系統及參數，可以研究與高溫超導、量子磁性及量子臨界等重要物理現象有關的各種凝聚態理論和模型，也可以構造自然界不存在或尚未發現的系統模型，從而研究非常規的新奇量子現象。這一方面可以為解決如高溫超導等現有理論難題提供幫助，另一方面可以為量子物理的基本發展做出貢獻。該項目計畫以現有的配對漲落理論及前期工作為基礎，研究同時有幾種參數可調的情況下費米冷原子費米系統可能出現的非常量子現象。重點包括偶極相互作用下的BCS-BEC演進行為，有限溫度下有異核原子配對時的複雜相圖及熱力學行為，低維和混合維度問題、人造規範勢和拓撲超流體等。爭取在發展理論及解釋現有實驗的同時，同時做出理論預言並為未來的實驗提出建議。

結題摘要

費米冷原子氣體為研究量子物理以及包括凝聚態體系在內的多體量子系統提供了一個理想的平台，是過去十多年來的一個新興交叉學科，受到了凝聚態、原子分子物理、量子信息、核物質、天體物理等諸多領域的極大貫注。這主要得益於冷原子氣體中眾多的可調參數。通過選擇適當的系統及參數,可以研究、模擬和構造自然界新奇的或不存在的體系,從而研究非常規的新奇量子現象。這一方面可以為解決如高溫超導等現有理論難題提供幫助,另一方面可以為量子物理的基本發展做出貢獻。本項目以配對漲落理論及前期工作為基礎,研究同時有幾種參數可調的情況下費米冷原子費米系統可能出現的非常量子現象。重點包括偶極相互作用下的BCS-BEC 演進行為、有限溫度下混合費米氣體中的複雜相圖及熱力學行為、低維光晶格中和混合維度中的費米氣體的配對問題、奇異的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）型配對及FFLO超流態的穩定性問題、無序和雜質散射對s波配對以及BCS－BEC演講行為的影響等。研究表明，(1) 在偶極相互作用下，配對以p波為主，相應的BCS－BEC演進呈現出轉變溫度Tc的再出現行為及奇異的配對密度波態；(2) 勢阱中的混合費米氣體可以呈現新奇的三明治結構或反轉結構的相分離現象; (3) 混合費米氣體中大的質量比有利於FFLO型配對；(4) 配對漲落會徹底摧毀FFLO型超流態這一半個世紀前提出並一直被不斷尋找的奇異物態。這是具有顛覆性的科學發現；(5) 混合維度造成費米面的失陪，具有粒子數失配的效果，會導致高度奇異的物理現象, 尤其是與粒子數和質量失陪相結合以後; (6) 強無序或雜質散射可以徹底摧毀超流態而留下能隙，在BCS區導致超流－絕緣體量子相變等。這些發現具有重要的科學意義，加深我們對新奇量子物態的理解。其中大部分結果都是超前於實驗的，對於未來的實驗具有重要的指導意義。