《超冷原子系統的相變及其普適行為研究》是依託北京大學，由周小計擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：超冷原子系統的相變及其普適行為研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：周小計
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超流相變中的普適臨界現象是物理學的基本問題，超冷玻色原子氣體的出現為從實驗上研究這類普適臨界行為提供了新的機遇。該系統的氣體特性使得許多在液氦里無法實現的量子調控和探測手段成為可能。針對這些新的機遇，緊密結合理論，擬集中開展如下實驗研究：(1) 利用Talbot-Lau（TL）干涉儀研究磁阱中原子氣體的關聯在臨界區域的普適行為，分析有限尺度和相互作用對臨界行為的影響，得到系統關聯臨界指數的高精度測量結果；(2) 建立光阱中的玻色－愛因斯坦凝聚系統並加上無序勢，研究系統的臨界行為和相圖；(3) 結合TL干涉儀和高階關聯的分析，研究不同空間構型光晶格系統中的新奇量子相變及其普適行為。通過這些研究，建立和發展TL干涉儀這一探測臨界關聯的新手段，實現不同物態的相變，爭取實驗上首次觀察到超冷玻色氣體在整個臨界區域的普適關聯行為，探索無序勢和光晶格作用下玻色氣體中超流相變的新的臨界行為。
結題摘要
超冷原子因為方便的量子調控和探測手段，為研究相變中的普適臨界現象及其在光晶格系統中的相變提供了新的機遇。項目圓滿完成了研究計畫，實現了預期目標。首先，研究了超冷玻色原子及其在光晶格系統中的相變和臨界行為： (1) 通過Talbot-Lau干涉儀，完整測量了臨界區域的發散行為，確定了有限尺寸和相互作用對相變溫度的修正和普適臨界指數；(2) 給出了快速高保真裝載原子到光晶格的新方法，在具有鞍形表面形狀光晶格p能帶實現了滑動相量子態，給出了這種奇特超流體明確的實驗證據； (3)利用主元分析新方法處理噪聲，更好觀察了在不同維度下轉換，和維度交叉時產生的較強的量子漲落和熱漲落展示的三角型晶格中超冷原子的豐富的量子臨界行為。 其次， 相變中的新物態：發現自旋-軌道耦合費米氣體中可以產生帶有Majorana費米子的暗孤子。以及產生於相互作用的S波費米氣體中的具有P波對稱的手性超流態。 其三，光晶格中不同軌道超冷原子的操控和動力學特性這些問題展開了研究：(1) 實現了光晶格中超冷原子的快速裝載，在高保真度和高魯棒性裝載要求滿足的同時，裝載時間比通常的絕熱裝載時間縮短了三個數量級。這種方法不僅適用於光晶格的基態，也適用於其它高激發能帶；(2) 研究了超冷原子在光晶格P能帶的動力學演化以及相互作用的影響； (3) 完整演示超冷原子在光晶格高激發能帶的隧穿過程； (4) 利用不同路徑的相干增強，設計並實現了一種實驗上易於實現，並且保證兩臂無相位差的高動量原子分束器；(5) 成功構建了光晶格中不同能帶的原子拉姆塞干涉儀。發錶帶有基金號標註的論文45篇，其中Nature Communications 1篇、Physical Review Letters 2篇、Communication Physics 和Applied Physics Letters各1篇，New Journal of Physics 和Optics Express 各3篇，Physical Review 系列 15篇， Laser Physics Letters 2篇， 其它國外SCI期刊9篇，國內SCI期刊7篇。放在arXiv上正在審稿的帶有基金號論文6篇。 通過這個項目，10名博士和12名碩士已經畢業，2名博士後出站。和國內外進行了廣泛的交流和合作，國內外會議被邀請做報告20多次。
