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基本信息
- 項目名稱：
- 自旋軌道耦合作用下的波色愛因斯坦凝聚
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 該項目主要考慮在某種規(guī)范場下(自旋軌道耦合作用)玻色－愛因斯坦凝聚態(tài)的行為(波函數(shù))。玻色－愛因斯坦凝聚態(tài)是一種新的物質(zhì)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，宏觀數(shù)目的粒子具有一致的行為。這種物質(zhì)的態(tài)在日常生活中是見不到的。該項目主要應(yīng)用數(shù)值模擬的方法，避免繁難的數(shù)學(xué)，模擬計算凝聚態(tài)波函數(shù)。得到了波函數(shù)之后，再通過分析的方法，提出簡單的模型來理解其行為。
- 詳細(xì)介紹：
- 在冷原子系統(tǒng)中，一種等效的自旋軌道耦合作用可以通過控制原子-激光之間的相互作用產(chǎn)生出來。這里我們研究了自旋1/2和自旋1的帶有Rashba自旋軌道相互作用的波色-愛因斯坦凝聚，發(fā)現(xiàn)凝聚波函數(shù)有不平凡的結(jié)構(gòu)。首先，我們用Bogoliubov變換的方法證明在自旋軌道耦合作用下，傳統(tǒng)的凝聚在 態(tài)的波函數(shù)不穩(wěn)定。之后用數(shù)值模擬的方法，我們發(fā)現(xiàn)了基態(tài)的兩個相。在一個相中，系統(tǒng)基態(tài)是平面波，而且系統(tǒng)經(jīng)常分裂為不同的疇，疇壁是一排渦旋；這個相中，時間反演對稱性破缺。在另一個相中，凝聚態(tài)波函數(shù)是駐波，且有自旋帶結(jié)構(gòu)。兩個相之間的相變由波色子之間的相互作用強度決定。我們還提供了對這些結(jié)果的理論分析，得到相變點。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 該論文主要討論自旋軌道耦合作用對波色系統(tǒng)凝聚態(tài)波函數(shù)的影響與調(diào)制。一個量子系統(tǒng)的哈密頓量決定了這個量子系統(tǒng)的行為，所以基本思路是，寫出自旋軌道耦合項，加入哈密頓量中，得到新的哈密頓量。用數(shù)值模擬中的虛時演化方法，計算出對應(yīng)該哈密頓量的波函數(shù)。其中為了使計算簡單，應(yīng)用了平均場近似。得到數(shù)值模擬之后，再試圖建立簡單的模型，用分析的方法理解數(shù)值模擬的結(jié)果。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 冷原子物理實驗技術(shù)的提高使人們能夠設(shè)計出可以讓中性原子感受到的“磁場”。人們一般只知道磁場對費米系統(tǒng)的作用，而這種實驗技術(shù)使人們能夠探索磁場對波色系統(tǒng)的作用。磁場是最簡單的阿貝爾場，而自旋軌道耦合是最簡單的非阿貝爾場。非阿貝爾場對波色、費米系統(tǒng)的作用都少有研究。目前人們有望通過實驗技術(shù)在波色系統(tǒng)中實現(xiàn)非阿貝爾場。該論文旨在探討這一類問題，從理論上給出預(yù)言。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 該論文給出了自旋軌道耦合下波色系統(tǒng)的平均場基態(tài)波函數(shù)。目前，對于非阿貝爾規(guī)范場中物質(zhì)的行為的研究還處于起步階段，有很多未知的性質(zhì)等待人們?nèi)グl(fā)掘。這項工作從最簡單的情況入手，抓住非阿貝爾場的本質(zhì)，弱化其他非相關(guān)因素，所以其結(jié)果在一定程度上能夠揭示非阿貝爾場對物質(zhì)場的影響。對以后的相關(guān)研究有一定的借鑒作用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 在冷原子系統(tǒng)中，一種等效的自旋軌道耦合作用可以通過控制原子-激光之間的相互作用產(chǎn)生出來。這里我們研究了自旋1/2和自旋1的帶有Rashba自旋軌道相互作用的波色-愛因斯坦凝聚，發(fā)現(xiàn)凝聚波函數(shù)有不平凡的結(jié)構(gòu)。用數(shù)值模擬的方法，我們發(fā)現(xiàn)了基態(tài)的兩個相。在一個相中，系統(tǒng)基態(tài)是平面波，而且系統(tǒng)經(jīng)常分裂為不同的疇，疇壁是一排渦旋；這個相中，時間反演對稱性破缺。在另一個相中，凝聚態(tài)波函數(shù)是駐波，且有自旋帶結(jié)構(gòu)。兩個相之間的相變由波色子之間的相互作用強度決定。我們還提供了對這些結(jié)果的理論分析，得到相變點。
獲獎情況
- 1.2010年10月15日在Physical Review Letters 發(fā)表，該雜志被公認(rèn)為物理學(xué)一級學(xué)科國際最權(quán)威的學(xué)術(shù)期刊，已被國際科學(xué)文獻索引（SCI）權(quán)威檢索收錄，影響因子為 7.180 2.2011年省級“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎
鑒定結(jié)果
- 單位：中國科學(xué)院文獻情報中心國內(nèi)外查新結(jié)果：本查新項目委托的“自旋軌道耦合作用下的波色愛因斯坦凝聚”，在國內(nèi)外公開文獻中未見有與之相同的研究報道。
參考文獻
- 1、雙組分玻色-愛因斯坦凝聚體中亞穩(wěn)態(tài)存在條件及其壽命，山西大學(xué)理論物理研究所,趙華,梁九卿 2、雙阱中弱耦合玻色-愛因斯坦凝聚體的有效勢及其亞穩(wěn)態(tài)，山西大學(xué)，史慧賢 3、Synthetic magnetic fields for ultracold neutral atoms;Lin, YJ (Lin, Y. -J.); Compton, RL (Compton, R. L.); Jimenez-Garcia, K (Jimenez-Garcia, K.); Porto, JV (Porto, J. V.); Spielman, IB (Spielman, I. B.) 4、Spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates;Stanescu, TD (Stanescu, Tudor D.); Anderson, B (Anderson, Brandon); Galitski, V (Galitski, Victor) 5、Spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates;Lin, YJ (Lin, Y. -J.); Jimenez-Garcia, K (Jimenez-Garcia, K.); Spielman, IB (Spielman, I. B.) 6、Spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensate in a tilted optical lattice;Larson, J (Larson, Jonas); Martikainen, JP (Martikainen, Jani-Petri); Collin, A (Collin, Anssi); Sjoqvist, E (Sjoqvist, Erik) 7、Chiral Confinement in Quasirelativistic Bose-Einstein Condensates;Merkl, M (Merkl, M.); Jacob, A (Jacob, A.); Zimmer, FE (Zimmer, F. E.); Ohberg, P (Oehberg, P.); Santos, L (Santos, L.)
同類課題研究水平概述
- 冷原子實驗技術(shù)是自從1995年波色－愛因斯坦凝聚態(tài)的實現(xiàn)以來，迅速發(fā)展的一項實驗技術(shù)。通過一系列技術(shù)手段，人們可以調(diào)節(jié)凝聚體的多個參數(shù)，包括凝聚體所處的場的形狀和強度，凝聚體中粒子之間的相互作用等。該實驗技術(shù)提供了一個重要平臺，實驗家們在這個平臺上作出了各種具有開創(chuàng)性的工作。為了配合實驗家以及理解實驗結(jié)果、探索多粒子物理和凝聚態(tài)物理，冷原子理論家也積極探索，一方面對實驗工作有指導(dǎo)意義，另一方面也促進了對凝聚態(tài)物理的理解。國內(nèi)的相關(guān)實驗技術(shù)起步較晚，近三年間有了較大突破，能夠制成質(zhì)量比較好的凝聚體。中國科學(xué)院上海光機所、武漢物理與數(shù)學(xué)研究所分別在實驗、理論上探索。目前，本校高等研究院的冷原子物理理論研究組十分活躍，接近國際頂尖水平。國外的相關(guān)研究比國內(nèi)發(fā)達、活躍。實驗方面，法國的Dalibard實驗組、美國MIT、NIST(國家標(biāo)準(zhǔn)局)等研究組是冷原子實驗最好的地方。理論方面，MIT和U Maryland等作出了很多貢獻。與該項目直接相關(guān)的研究有U Maryland, TL Ho的理論研究和NIST，Spielman的實驗研究。2010年高等研究中心舉辦了International Workshop on Quantum Gases in Synthetic Gauge Fields，期間TL Ho和Spielman與作者們對本項目做了深入交流。本項目的導(dǎo)師在高等研究院做冷原子物理理論的研究，該項工作引起了國內(nèi)外同行的廣泛興趣，是非阿貝爾規(guī)范場下量子氣體性質(zhì)研究的重要結(jié)果，為今后的理論、實驗工作提供了極大的參考價值。
