超冷里德堡原子的量子相干效應研究

《超冷里德堡原子的量子相干效應研究》是依託山西大學，由趙建明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超冷里德堡原子的量子相干效應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙建明
• 依託單位：山西大學

項目摘要

里德堡原子具有較大的原子半徑和很強的長程相互作用等特性。其強相互作用使相鄰的原子能級發生頻移，進而阻止了相鄰原子的進一步激發，產生激發阻塞效應。這一現象和光與原子相互作用的電磁感應透明相結合將會引起全新的量子干涉現象，使里德堡原子成為原子分子物理學的研究熱點。 本項目以超冷銫原子為研究介質，由雙光子激發光與6S-6P-nS/nD構建里德堡原子階梯型三能級系統，理論和實驗研究里德堡態三能級系統的電磁感應透明等量子相干效應。主要研究內容包括：1、理論上用密度矩陣理論研究里德堡原子間強相互作用條件下的量子相干效應。2、在溫度約百微開的超冷原子介質中，研究里德堡原子階梯型三能級系統的電磁感應透明現象。3、研究原子間相互作用及外場誘導的偶極相互作用對量子相干的影響，提供測量原子相互作用的新方法。4、研究里德堡原子強相互作用產生的阻塞效應，探索基於里德堡原子強相互作用和電磁感應透明的單光子信息處理。

結題摘要

根據項目研究計畫， 我們從理論和實驗上研究了超冷里德堡原子階梯型三能級系統的量子相干效應。由銫原子6S-6P-nS/nD構建了里德堡原子三能級系統，理論上數值求解包含里德堡原子相互作用項的密度矩陣方程，獲得了階梯型三能級原子的電磁感應透明（EIT）光譜；研究了三能級系統EIT和AT分裂的區別，首次提出了區分EIT和AT效應的標準；研究了射頻場耦合里德堡原子的四能級系統的EIT-AT分裂光譜，獲得了EIT-AT分裂與射頻電場的依賴關係；利用Floquet理論計算了射頻場調製里德堡能級產生的EIT光譜的AC Stark頻移和分裂以及射頻邊帶。實驗上，我們建立了研究超冷里德堡原子相干效應的實驗平台，獲得溫度約100uK的超冷銫原子樣品；利用階梯型三能級EIT光學非破壞性探測技術，研究了超冷里德堡原子的電磁感應透明和AT分裂效應，里德堡原子強相互作用導致的能級頻移，里德堡原子的EIT-AT分裂光譜以及射頻場調控的EIT光譜等量子相干效應，實驗結果和理論計算相吻合。其中里德堡原子的射頻邊帶光譜提供了一種測量0.1-3GHz射頻電場強度、頻率和偏振方向的新方法，擴展了基於里德堡原子微波電場測量的頻帶，具有重要的套用價值。超額完成了項目預期計畫研究內容，達到了預期的研究目標。 主要研究成果發表相關的SCI論文20篇，其中 《Phys. Rev. Applied》 1篇，《Phys. Rev. A》5篇，《New J. Phys.》2篇, 《J. Phys. B》1篇，《Chin. Phys. Lett.》1篇, 《Chin. Phys.B》2篇，以及其他期刊論文8篇。申報發明專利3個，授權發明專利3個。獲山西省自然科學獎二等獎一項。在項目的完成中畢業博士研究生3名，碩士研究生3名。