自旋扭曲光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体

研究了自旋依赖双层方形光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates,BEC)的基态特征.双层晶格间的相对扭曲角度和层间耦合强度是影响超冷原子密度分布的重要可调参数.当光晶格的最低能带呈单阱色散时,超冷原子在莫尔晶格(Moire lattice)中的局域化受扭曲角度、层间耦合强度、原子数和晶格深度等的影响;当光晶格的最低能带呈双阱色散时,光晶格的扭曲可导致2个自旋态的反向扭曲,随着层间耦合强度的增加,2个扭曲的自旋态逐渐重合.该研究工作有助于深入探索扭曲光晶格超冷原子中的新奇量子效应.

双组分玻色-爱因斯坦凝聚体中PT对称势下的异步量子Kármán涡街

数值研究了相混合态双组分玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate,BEC)中PT (parity-time)对称势下的动力学.在障碍势不同的宽度和速度下发现了异步量子Kármán涡街、斜向漂移涡旋偶极子、V字形涡旋对、无规则量子湍流以及各种尾迹的组合模式.研究了作用在移动障碍势上的拖拽力,分析了涡旋对产生的力学机理.在不同障碍势宽度和速度下,系统地模拟了异步量子Kármán涡街和其他尾迹模式的参数区域.同样分析了PT对称势中具有增益-损耗强度的虚部对异步量子Kármán涡街稳定性的影响.最后,提供了一个实现异步量子Kármán涡街的实验方案.

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体激发谱及其有效调控

利用Bogoliubov理论研究了自由空间中可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BECs)的激发谱.通过高频近似得到具有两体相互作用时与时间无关的有效Floquet哈密顿量,从而获得一种可调的自旋-轨道耦合和一种可由周期驱动拉曼耦合调控的有效两体相互作用.基于系统有效的Floquet哈密顿量,得到凝聚体具有相互作用时的色散关系,发现周期驱动强度可以有效地调控色散关系的结构,即周期驱动的拉曼耦合可以调控系统在零动量相与平面波相之间的相变.进一步利用Bogoliubov理论得到系统的Bogoliubov-de-Gennes (BdG)方程,分别研究了凝聚体在零动量相和平面波相中的激发谱.发现零动量相中的激发谱均为声子激发,且激发谱随周期驱动强度的增加表现出贝塞尔函数的行为;平面波相中的激发谱存在声子激发和旋子激发,当周期驱动强度增加时,旋子模出现软化现象.因此,可以通过周期驱动拉曼耦合实时地调控自旋-轨道耦合BECs激发谱中的声子激发和旋子激发.

双组分玻色-爱因斯坦凝聚体的混溶性

基于包含Lee-Huang-Yang修正的物态方程,研究了具有排斥相互作用的双组分玻色-爱因斯坦凝聚体在平均场弱失稳区间的基态相图.根据相平衡条件,确定了等质量混合体系中不混溶态、部分混溶态以及均匀混溶态之间的相边界.在原子密度足够稀薄的情形下,给出了相边界和量子临界点的解析表达式.讨论了密度响应的静态极化率在量子临界点附近的发散行为.对于不等质量的双组分凝聚体,利用低浓度展开的物态方程,得到了部分混溶态出现的阈值密度,并提出了判断部分混溶构型的解析方法,为钠、钾、铷等冷原子混合体系的实验观测提供了明确的理论指引.

Floquet相空间方法分析周期驱动下原子玻色爱因斯坦凝聚体动力学

用相空间动力学方法研究一维无限深势阱内的原子玻色爱因斯坦凝聚体受到时域周期性微扰时的动力学行为.通过功角变换和共振频率近似,在Floquet相空间中构造有效的势场来预言玻色爱因斯坦凝聚体的运动,并通过数值模拟实空间动力学方程,验证了该方法.

三体作用下准一维玻色-爱因斯坦凝聚体中表面带隙孤子及其稳定性

数值研究了具有三体相互作用的均匀介质界面和半无限雅克比椭圆正弦势下准一维玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate,BEC)中的表面带隙孤子及其稳定性.在平均场近似下,其动力学行为可用3次-5次Gross-Pitaevskii方程描述.首先用牛顿-共轭梯度法寻找表面带隙孤子,发现表面亮孤子仅当化学势小于0时才可于带隙内激发,但表面扭结孤子和气泡孤子既可存在于带隙中也可存在于能带中.然后采用线性稳定性分析和非线性动力学演化研究了孤子的稳定性,结果表明三体相互作用会明显影响表面亮孤子的稳定性,表面扭结孤子既有稳定的也有不稳定的,但表面气泡孤子均不稳定.

旋量玻色-爱因斯坦凝聚体拓扑性质的研究进展

实现玻色-爱因斯坦凝聚的原子大多具备内部自旋自由度,在光势阱下原子内部自旋被解冻,从而使原子可以凝聚到各个超精细量子态上,形成旋量玻色-爱因斯坦凝聚体.灵活的自旋自由度成为体系相关的动力学变量,可以使体系出现新奇的拓扑量子态,如自旋畴壁、涡旋、磁单极子、斯格明子等.本文综述了旋量玻色-爱因斯坦凝聚的实验和理论研究,旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中拓扑缺陷的种类,以及两分量、三分量玻色-爱因斯坦凝聚体中拓扑缺陷的研究进展.

^(87)Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的快速实验制备

采用二维磁光阱产生了-个快速^(87)Rb原子流,并在高真空的三维磁光阱中实现了^(87)Rb原子的快速俘获,进一步采用射频蒸发冷却技术实现了原子云的预冷却,然后将原子转移到远失谐的光学偶极阱中蒸发得到了玻色-爱因斯坦凝聚体.实验上可以在25 s内完成三维磁光阱的装载(约1.0×10^(10)个^(87)Rb原子),然后经过16 s的冷却过程最终在光学偶极阱中获得5.0×10~5个原子的玻色-爱因斯坦凝聚体.实验重点研究了二维磁光阱的优化设计和采用蓝失谐大功率光束对四极磁阱零点的堵塞,抑制四极磁阱中原子的马约拉纳损耗,更加有效地对原子云进行预冷却.

V型三能级原子玻色—爱因斯坦凝聚体与双模压缩光场相互作用系统中光场的量子相关性质

研究了V型三能级原子的玻色—爱因斯坦凝聚体(BEC)与双模压缩态光场相互作用系统中光场的量子相关特性。结果表明:双模压缩态光场在与原子玻色—爱因斯坦相互作用过程中,其量子相关性质保持不变,完全决定于初始光场。

两耦合玻色-爱因斯坦凝聚体间的量子相干振荡(英文)

理论上考察了两耦合玻色-爱因斯坦凝聚体间的相干原子振荡,我们用时空不能完全分离的波函数去描述囚禁在双磁阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体,根据托马斯-费米近似,得到两凝聚体的相位差和布局数随时间的演化方程,应用数值计算的方法,考察了相干原子遂穿和宏观量子自囚禁效应.这些研究结果和采用双模时空分离波函数近似法得到的结果进行了比较.

三势阱玻色爱因斯坦凝聚体三体复合效应的数值研究

文章中着重研究在三势阱中的凝聚体所受到的非弹性碰撞相互作用,考虑有三体复合耗散和原子填充时三势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体动力学性质,研究了三势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体系的自囚禁与宏观量子遂穿问题,用数值分析和解析推导的方法,发现自俘获和宏观量子隧穿现,另外,在自俘获和宏观量子隧穿进程中发现了量子拍现象,并对这些现象给出合理的解释。

玻色-爱因斯坦凝聚体干涉效应的数值研究(英文)

本文采用辛算法数值求解了Gross-Pitaevskii(GP)方程,研究了玻色-爱因斯坦凝聚体的干涉现象.讨论了两个凝聚体间以及三个凝聚体间的干涉效应并对两者做了比较,其差异之处我们认为是由增大的凝聚体间的相互作用造成的.

三势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的三模量子纠缠

在对称三势阱中，通过绝热地调节势阱间两个相邻势垒的高度，使得相邻的玻色-爱因斯坦凝聚体发生交叉弹性碰撞，选择适当的相互作用时间，我们提出了一种制备三体玻色-爱因斯坦凝聚场模量子纠缠的理论方案。接着，基于两体concurrence的计算方法，我们获得了该三体场模纠缠态的剩余纠缠度。

自旋轨道耦合自旋1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中波的传播

研究了自旋轨道耦合自旋1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中线性与非线性波的传播特性.通过引入一个平面波解,分析讨论了系统在弱扰动下的线性波解,发现自旋轨道耦合的引入不仅导致系统平面波解存在条件更加苛刻,而且显著影响了系统基态性质.另外,通过将三组份Gross-Pitaevskii(GP)方程简化为单组份的非线性薛定谔方程,分析讨论了强扰动下系统激发的非线性孤子解,发现孤子的振幅随波数和原子间相互作用的增加而增大,而孤子的宽度随波数和原子间相互作用的增加而减小.

玻色-爱因斯坦凝聚体的相干寿命的光学操控及其应用

原子玻色 -爱因斯坦凝聚体 (BEC)所展现出的宏观量子相干性在非线性原子光学、集成原子光学 ,以及高精密原子测量仪器 ,比如原子干涉仪 ,原子陀螺仪 ,原子钟等方面有着潜在的应用。然而 ,当前实验室中所实现的玻色 -爱因斯坦凝聚体由于存在环境及内禀消相干机制 ,如三体重组合碰撞等 ,其相干寿命仅仅在几秒到几分钟的范围。这样短的相干寿命是当前玻色 -爱因斯坦凝聚体向实际应用发展的一个瓶颈。在这篇论文里 ,我们将系统地介绍玻色 -爱因斯坦凝聚及冷原子物理领域的当前研究状况 ,进展以及存在的物理问题。在此基础上 ,我们将重点分析由于三体重组合引起的BEC内禀消相干性问题。同时 ,我们建议采用Raman双光子缔合技术 ,引入光学消相干操控机制 ,在BEC的相干与非相干通道之间建立相干重组的物理过程。通过详细的数值分析 ,我们显示Raman双光子缔合技术能够用来控制BEC由于三体重组合碰撞引起的消相干性 ,从而延长BEC的相干寿命。这一研究结果对于BEC的长期相干储存及在原子仪器 ,如原子钟等方面的应用具有重要的意义。

双势阱与三势阱玻色-爱因斯坦凝聚体隧穿特性对比研究

采用数值分析的方法,寻找出三势阱凝聚体的隧穿特性.结果表明,可通过改变相对相位使三势阱凝聚体在宏观量子自俘获态与周期运动之间转换;在φ=π时,系统更易进入宏观量子自俘获状态;在自俘获和量子隧穿的过程中发现了共振特征,这些在双势阱中都没有出现.

相对相位对三势阱玻色爱因斯坦凝聚体隧穿特性的影响

通过三模近似来处理含三体项的GP方程,讨论了对称三势阱中散射长度周期变化时系统的特性,并以此为基础来分析不同相位情况下定态解的稳定性.研究表明这个体系的隧穿动力学可以被周期变化的散射长度有效的调节,且数值结果展示了相位对系统定态解的稳定性影响起重要作用,系统可通过改变相对相位使系统在自俘获与周期运动状态间转换.

三体复合与零相位对三势阱玻色-爱因斯坦凝聚体隧穿特性的影响

通过三模近似来处理含三体项的GP方程,讨论了对称三势阱中零相位模式下系统的隧穿特性。数值结果展示了相位对系统定态解的稳定性影响起重要作用,且在零相位模式下,凝聚体中原子在三势阱间隧穿且最终大部分原子都囚禁于中间一个阱,其余两阱中的粒子数始终相等。同时,研究发现随散射长度的递减,粒子布居数的振幅增加,在量子隧穿时出现了明显的共振现象。

玻色-爱因斯坦凝聚体中的孤子动力学与可积系统

1924年,印度物理学家玻色（Bose）将光子作为数量不守恒的全同粒子而成功的导出了黑体辐射定律。随后,爱因斯坦在1924和1925年发表了两篇文章,将玻色对光子的统计方法推广到了全同粒子理想气体,并大胆地在理论上预言了这种新奇的量子相变,即,当温度足够低时,无相互作用的玻色子将会占据同一状态,

梯度磁场中自旋-轨道耦合旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态研究

利用准二维Gross-Pitaevskii方程,研究了在梯度磁场中具有自旋-轨道耦合的旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构.探索了自旋-轨道耦合作用和梯度磁场对基态的影响.结果发现,在梯度磁场下,随着自旋-轨道耦合强度增大,基态结构由skyrmion格子逐渐过渡为skyrmion列.对于弱自旋-轨道耦合和小旋转频率情况,增大磁场梯度强度可导致基态由平面波相转变为half-skyrmion;对于强自旋-轨道耦合和大旋转频率情况,梯度磁场可诱导hidden涡旋的产生.梯度磁场、自旋-轨道耦合和旋转作为体系的调控参数,可用于控制不同基态相间的转化.