超流费米原子气体中的集体激发及其相互作用研究
玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学
玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学
徐红萍;贺真真;鱼自发;高吉明
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2022(71)9
【摘要】研究了玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学特性,其中玻色子位于对称双势阱中,费米子位于对称双势阱中心的简谐势阱中.采用双模近似方法得到描述双势阱玻色-爱因斯坦凝聚的动力学特性方程组,并将其与简谐势阱中分子玻色-爱因斯坦凝聚的Gross-Pitaevskii方程进行耦合.通过对不同参数下玻色-费米混合体系中的隧穿现象进行数值研究,发现简谐势阱中费米子与双势阱中玻色子的相互作用使双势阱玻色-爱因斯坦凝聚的隧穿动力学特性更加丰富.不但驱使双势阱中玻色-爱因斯坦凝聚从类约瑟夫森振荡转变为宏观量子自囚禁,而且宏观量子自囚禁表现为三种不同的形式:相位与时间呈负相关并随时间单调减小的自囚禁、相位随时间演化有界的自囚禁以及相位与时间呈正相关并随时间单调增大的自囚禁.【总页数】9页(P1-9)
【作者】徐红萍;贺真真;鱼自发;高吉明
【作者单位】西北师范大学物理与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O41
【相关文献】
1.原子间相互作用对囚禁原子玻色-爱因斯坦凝聚隧穿动力学的影响
2.频率调制对三势阱玻色爱因斯坦凝聚体隧穿特性的影响
3.费米原子与玻色分子混合体系的相干态理论研究
4.量子纠缠对两个原子玻色-爱因斯坦凝聚隧穿动力学的影响
5.拓展的玻色—哈伯德模型中由原子\r对隧穿诱导的等效薛定谔猫态及其量子—经典相变
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冷原子物理学中的超冷玻色气体和费米气体
冷原子物理学中的超冷玻色气体和费米气体在冷原子物理学领域中，超冷玻色气体和费米气体是两个重要的研究对象。
这两种气体的特殊性质和行为使得它们在理论研究和实验应用中具有广泛的潜力和应用前景。
首先，我们来了解一下超冷玻色气体。
玻色气体是由具有整数自旋的玻色子组成的，其特点是可以在低温下形成基态凝聚。
在玻色气体被冷却至绝对零度附近时，它的波函数会出现集中分布，原子间发生玻色-爱因斯坦凝聚。
这种凝聚现象的发生让超冷玻色气体成为了研究量子统计行为和凝聚态物理现象的理想平台。
超冷玻色气体的研究中，最有名的莫过于玻色-爱因斯坦凝聚。
这种凝聚态现象的实现，让物理学家们可以研究超流性质、相干现象以及凝聚态中的拓扑缺陷等重要问题。
此外，超冷玻色气体还具有与光学和自旋系统之间的耦合性质，这种光-原子相互作用的巧妙平台，使得研究者们可以进一步探索量子信息处理、量子计算等相关领域。
接下来，我们转向费米气体。
费米气体由具有半整数自旋的费米子构成，根据泡利不相容原理，这些费米子不能存在于相同的量子态。
费米气体在冷却至足够低的温度时会出现费米-狄拉克凝聚，费米子会填满低能态直到费米能级，其波函数也会出现集中分布。
费米气体的研究对于理论物理学和凝聚态物理学来说具有重要意义。
费米-狄拉克凝聚是一种新奇的量子相，具有巨大的熵、寻求最大自发对称破缺等特性。
如今，研究者们通过磁光和其他技术手段来探索费米气体的性质，在高能物理、量子调控和量子模拟等领域发现了一系列新效应和新领域。
超冷玻色气体和费米气体在实验应用方面也有着广泛的应用前景。
例如，超冷玻色气体可以用于模拟物质中的相变现象，并帮助我们更好地理解复杂的凝聚态系统。
费米气体则有助于研究高能物理中的强关联现象，也可以用于制造高精度测量设备和量子计算器。
总之，在冷原子物理学中，超冷玻色气体和费米气体作为两个重要的研究对象，具有不可忽视的意义和巨大的潜力。
通过对它们的研究，我们可以进一步拓展对量子统计行为、凝聚态现象和量子信息处理的认识，也为实际应用领域提供了新的思路和技术平台。
腔量子电动力学的BCS-BEC渡越【毕业作品】
BI YE SHE JI（20 届）腔量子电动力学的BCS-BEC渡越目录中文摘要 ..................................................................................................................................... Abstract ........................................................................................................................................ 第一章绪论 .. (1)第二章超冷费米原子 (2)2.1费米气体BCS配对理论 (2)2.2平均场近似 (4)2.3 BCS-BEC转换 (4)第三章腔量子电动力学 (6)3.1 J-C模型 (6)3.2 超辐射 (7)第四章我的工作 (9)4.1 Hamiltonian (9)4.2平均场近似 (10)4.3能隙方程和粒子数方程 (11)第五章总结与展望 (17)参考文献 (17)腔量子电动力学（CQED）中的BCS-BEC渡越摘要：对超冷费米原子气体的突破性研究要追溯到二十世纪九十年代末期，科学家在那时初次在实验上成功得到了简并的费米气体。
从那以后，超冷费米气体就“热”了起来。
冷原子费米气体因为其易调节性从而成为研究多体物理的模型系统。
Feshbash共振技术的出现进一步推动了超冷气体的研究。
用这种技术调谐吸引相互作用的强度，使费米原子从配对强度很弱的BCS（Bardeen,Cooper 和 Schriefferz于1957年提出用来解释超导现象的微观理论）超流态到配对强度很强的玻色分子的BEC凝聚态的渡越成为可能。
BCS-BEC渡越区的理论研究多数使用平均场近似的方法。
超冷玻色费米气体的集体原子反冲行为和Feshbach共振
超冷玻色费米气体的集体原子反冲行为和Feshbach共振【摘要】：本论文以玻色子87Rb和费米子40K在磁阱中实现了量子简并为基础,研究了超冷原子的大范围转移,从QUIC阱转移到向玻璃气室的中心；在绝热展开量子简并费米气体的基础上研究了费米子的瑞利超辐射；搭建了远失谐的交叉偶极力阱,实现了混合气体的绝热转载,实现了光阱中玻色费米气体的量子简并,结合微波射频制备原子超精细态的技术,观测到了玻色子87Rb和费米子40K的s-,p-,d-波的Feshbach共振,实现了原子之间相互作用的精细调节。
简要地描述了实验上在磁阱中实现玻色费米气体量子简并的冷却过程,介绍了实验上需要的光学系统,计算机控制系统,磁场系统和微波射频装置。
主要就QUIC组合线圈的设计工作,以及实验结果与理论计算的对比作了详细叙述,然后讨论了玻色气体和费米气体在进入量子简并区域的不同实验现象,以及实验上BEC和DFG的实验判据。
BEC的实验判据很明显,就是飞行吸收成像中原子密度分布的各向异性和bimodal的存在；而费米气体的量子简并度有专门的参数衡量,没有像BEC一样明显的判据,要通过对实验数据进行拟合才能得到准确的原子云信息。
最后详细研究了在QUIC阱中,用玻色子87Rb作为中间媒介来共同冷却费米子40K达到量子简并的情况,分别讨论了蒸发冷却中微波和射频的作用。
实验中发现87Rb原子的另一个超精细态原子的存在严重影响了费米子的冷却效果,我们提出了一种结合微波和射频共同作用的冷却机制,提高了蒸发冷却的效率。
针对超冷原子大范围转移的困难,我们采取了两种方法来克服,即利用重力方向的磁场抵消重力和加大重力方向磁阱的束缚减小重力的影响。
实验上采用上述方法水平转移超冷原子达到12mmm,最后应用一个巧妙的磁场跳跃实现了原子振荡的压缩。
这种转移的方法可以叠加使用,用作原子更大范围内的转移；转移过程中原子加热不明显,不会导致大量的原子损耗。
本论文还介绍了稀薄超冷简并费米气体中的集体原子反冲行为。
源于玻色爱因斯坦凝聚的超流现象
源于玻色爱因斯坦凝聚的超流现象玻色爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation，简称BEC）是现代物理学中一项重要的研究成果，它引发了科学家们对超低温物理学和量子力学的深入探索。
本文将介绍玻色爱因斯坦凝聚的起源、基本原理以及超流现象的相关研究。
BEC的起源可以追溯到1924年，由印度物理学家萨蒂亚特·天德拉·玻色（Satyendra Nath Bose）首先提出。
他参考了爱因斯坦提出的统计学理论，将它应用于光子的研究中。
根据爱因斯坦的理论，粒子可以分为玻色子和费米子两类。
光子属于玻色子，而费米子则包括电子、质子等带电粒子。
通过对玻色子系统的分析，玻色提出了一种描述其行为的统计力学方法，即玻色分布。
爱因斯坦进一步将这一理论推广到气体中的原子粒子，并预测在极低温下会出现一种新的凝聚态，即BEC。
而要实现BEC的产生，则需要先将原子冷却至极低温度，在这样的条件下，量子效应会显著影响原子的行为。
在绝对零度附近，原子的波长将远大于原子之间的相互作用距离，这时原子会出现波粒二象性，即可以看作是粒子也可以看作是波动。
当原子数目较多时，部分原子会进入基态，形成BEC。
超流是BEC最引人注目的性质之一。
超流是指当原子处于BEC状态时，它们可以无摩擦地流动，并且不会发生粘滞耗散。
这意味着超流物质可以在零电阻的状态下流动，即无能量损失。
早在1938年，英国物理学家皮特尔·卡皮察开挖溢出的水渠时发现了这一现象，被称为超流的发现者之一。
研究表明，超流现象源于BEC中的量子凝聚态，超流通过凝聚态原子间的密度波相干性实现。
超流现象引发了广泛的研究兴趣，尤其是在液体氦的研究领域。
液体氦是目前已知的唯一能够实现BEC的物质，其第二类相变点即为玻色爱因斯坦凝聚的温度。
超流的实验研究也为开展其他新颖物理现象的研究提供了重要参考。
例如，研究人员发现超流具有量子涡旋的性质，这是由于超流流体具有固有的不稳定性，可以形成类似于飓风的涡旋的结构。
费米气体
统计规律
费米气体的统计规律有：费米-狄拉克统计，非广延统计。
费米气体是理想气体的量子力学版。在金属内的电子、在半导体内的电子、或在中子星里的中子，都可以被 视为近似于费米气体。在一个处于热力平衡的费米气体里，费米子的能量分布，是由它们的密度，温度，与容许 能量量子态集合，依照费米-狄拉克分布方程而决定的。泡利不相容原理阐明，不容许被两个或以上的费米子占用 同一个量子态。因此，在绝对零度，费米气体的总能量，大于费米子数量与单独粒子基态能量的乘积。并且，在 绝对零度，费米气体的压力，称为“简并压力”，不等于零。这与经典理想气体的现象有很明显的不同。简并压 力使得中子星或白矮星能够抵抗万有引力的压缩，因而得到稳定平衡，不致向内爆塌。
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简介
费米气体是借用理想气体模型描述费米子系统性质的量子力学模型。该模型中，粒子所处的量子态可用它们 具有的动量来表征。对于周期性系统，譬如在金属原子点阵中运动的电子，亦可类似地引入“准动量”的概念以 表征量子态（参见条目布洛赫波）。无论上述哪种模型，其具有费米能的量子态都处于动量空间中的一个确定的 曲面上，这个曲面称为费米面。费米气体的费米面是一个球面；周期体系中的费米面则通常是扭曲面。费米面包 围的体积决定了系统中的电子数，而费米面的拓扑结构则与金属的各种传导性质（如电导率）直接相关。对费米 面的研究有时被称为“费米学”（Fermiology）。如今，绝大多数金属的费米面均已经有较透彻的理论与实验研 究。
由于前述定义忽略了粒子与粒子之间的相互作用，费米气体问题约化为研究一群独立的费米子的物理行为的 问题。这问题本身相当容易解析。一些更深奥，更进阶，更精密的理论，牵涉到粒子与粒子之间的互相作用的理 论（像费米液体理论或相互作用的微扰理论），时常会以费米气体问题为研究的开端。
论文
Feshbach共振下费米气体的BCS超流态摘要随着对超冷费米原子中分子BEC以及原子的BCS转变在实验上的实现，人们对超冷费米原子气体在实验方面的研究，已经进入了一个新的阶段。
对于超冷费米原子气体的过渡区，利用磁场作为外部控制手段来实现磁场Feshbach共振以改变原子间的散射长度。
超冷原子气体冷却技术成功用于冷却费米气体，实现了费米气体的超流态。
本文主要先介绍了玻色爱因斯坦凝聚态简介以及实现爱因斯坦凝聚态的实验技术（激光冷却技术、静磁阱技术及其发展过程、蒸发冷却技术、BEC的检测技术），接下来介绍了费米气体的制备，Feshbach共振技术和在Feshbach共振下的实验，最终得到费米超流体。
关键词玻色爱因斯坦凝聚，BEC-BCS跨越，Feshbach共振，费米子超流引言1995年，气态碱金属原子的玻色一爱因斯坦凝聚(BEC)的实现[1—3]激发了人们对超冷原子的研究热情。
2001年，Comell等人由于实现气态碱金属原子的BEC以及对其基本性质的研究，荣获诺贝尔物理学奖。
然而，冷却费米原子气体相对于冷却玻色气体而言，却是一项更难实现的工作。
因为在低温下，费米统计对散射的相空间做了一个很大的限制，这使得由一群捕获的稀薄费米原子所构成的系统很不容易达到热平衡。
另一方面，碱金属费米原子如40K和6Li，原子间的相互作用非常弱，这使得这些费米子不同自旋态间形成配对超流态的临界温度T才远低于目前实验c技术所能达到的温度。
所幸的是人们通过Feshbach共振[11]，解决了上述的问题。
并且在2003年底至2004年初，结合改变原子间散射长度的Feshbach 共振[4]，对束缚在光阱中的费米原子气体，在远低于费米温度的情况下实现了分子BEC[5-6]，取得了在超冷费米原子气体方面的很大突破。
随后，人们很快从实验上实现了原子库柏对的凝聚体[7]。
费米原子气体冷却至简并区技术的突破，为量子液体的研究打开了方便之门。
受限的弱相互作用费米气体热力学性质的研究
华中科技大学硕士学位论文受限的弱相互作用费米气体热力学性质的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：***20070529华中科技大学硕士学位论文摘 要超冷简并费米气体的研究已经成为当前物理学研究的一个新热点。
超冷简并费米气体的理论和实验研究也正以惊人的步伐向前迈进，更多新奇的发现将逐步呈现在人们面前。
从发展的趋势来看，一方面超冷简并费米气体将和磁场Feshbach共振、光缔合、光晶格等量子操控手段紧密地结合起来研究其量子相变、超流行为等深层次的物理问题。
另一方面，超冷简并费米气体将继续深化和原子物理、凝聚态物理、光物理等学科的相结合，来研究固态物理甚至核物理中的一些没有最终解决的强关联问题，如高温超导的物理机制问题。
由于超冷简并费米气体所具有的独特性质，已经在新材料新器件的研制中得到了广泛应用，前景非常广阔。
本文运用巨正则系综求和的方法，对囚禁在谐振子势阱中费米气体的热力学参量进行了讨论。
利用最简单的平均场近似—Hartree-Fock理论和分离变量法求解弱相互作用费米气体的能量本征值，以便我们研究弱相互作用费米气体的热力学性质。
全文的研究内容主要分为三部分：第一部分主要介绍了研究费米气体所基于的理论基础：费米－狄拉克统计分布，以及费米气体的各个热力学参量。
不同极限，不同维度下费米气体的各个热力学参量的统计表达式是不一样的。
第二部分研究了理想费米气体的热力学性质，分别讨论了在热力学极限下和有限粒子数下化学势和比热的变化规律。
第三部分我们运用平均场理论对谐振子势阱中的弱相互作用费米气体的热力学性质进行了研究，并将其与理想费米气体进行比较。
关键词：费米气体谐振子势阱热力学性质华中科技大学硕士学位论文AbstractThe investigation of ultracold degenerate Fermi gas is a new hot issue in current physics research. The experimental and theoretical researches of ultracold degenerate Fermi gases continue to advance at a dramatic pace. We believe that many novel physical discover will exhibit in front of us. With the development tendency: On one hand: Combining with ultracold degenerate Fermi gas and quantum control method of magnetic field Feshbach resonance, optical association and optical lattices, we could further research quantum and superfluidity phenomena of ultracold degenerate Fermi gas. On the other hand: Combining with ultracold degenerate Fermi gas and atom physics, condensed matter physics and optical physics, we will study the strongly connected p roblem of solid state physics and nuclear physics that wasn’t solved finally.Ultracold degenerate Fermi gas has been applied abroadly in the manufacture of new material and new apparatus, duing to its particular characteristic, so the prospect is extremely broad.We discuss thermodynamical parameter of Fermi gas in a harmonic traps by using the the sum method for the grand canonical ensemble. Then we solve the energy eigenvalues of weakly interacting Fermi gas in a harmonic traps by using the simplest mean field theory-Hartree-Fock theory and the separation of variables. So that we can study the themodynamic properties of weakly interacting Fermi gas.The work of ours' can be divided into three parts:In the first part, we introduce the theoretical basis of studying Fermi gas: Fermi-Dirac statistics and thermodynamical parameter of Fermi gas. The statistics expression of thermodynamical parameter is different in variant limit and dimension.In the second part, we study the themodynamic properties of mesoscopic Fermi gas. Then discuss change of chemical potential and specific heat in the themodynamic limit and finite atom numbers.In the thrid part, We research thermodynamical properties of weakly interacting Fermi gas in a harmonic traps by using the mean field theory , then compare with mesoscopic Fermi gas.Key words: Fermi Gas; Hamonic Trap; Thermodynamic Property独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
原子中的强相互作用和超流动现象
原子中的强相互作用和超流动现象在原子的微观世界中，存在着一种强相互作用力，它是一种非常强大的力量，能够使原子中的粒子产生强烈的相互作用。
这种强相互作用力的存在，使得原子内部的粒子以一种特殊的方式组织和运动，从而产生了一些令人惊奇的现象，其中之一就是超流动。
超流动是一种奇特的物质状态，它发生在低温下，当原子内部的粒子以一定的方式排列和运动时，会出现一种无粘性的流动现象。
这种无粘性的流动意味着超流体可以在不受阻碍的情况下流动，不会产生任何能量损耗。
这一现象的发现引起了科学家们的广泛关注和研究。
超流动现象最早是在液氦中被观察到的。
液氦是一种低温下的物质，当温度降到接近绝对零度时，液氦会发生相变，形成一种新的物质状态，即超流体。
在超流体中，原子内部的粒子以一种特殊的方式组织和运动，形成了一种无粘性的流动。
这种流动现象被称为超流动。
超流动现象的发现引起了科学家们的极大兴趣，他们开始研究超流体的性质和行为。
他们发现，超流体的流动速度可以超过光速，这是一种非常奇特的现象。
此外，超流体还具有量子性质，即它的行为符合量子力学的规律。
这使得科学家们对超流体的研究更加深入和复杂。
超流动现象的研究不仅仅局限于液氦，近年来，科学家们还在其他物质中观察到了类似的现象。
例如，超导体也表现出类似于超流体的行为。
超导体是一种能够在低温下以零电阻的方式传导电流的物质。
这种零电阻的传导是由于超导体中的电子以一种特殊的方式组织和运动，形成了一种无阻碍的电流流动。
这种电流传导方式被称为超导。
超流动和超导现象的发现和研究对于科学和技术的发展具有重要意义。
超流体和超导体具有许多独特的性质和应用价值。
例如，超流体可以用于制造高灵敏度的测量仪器，超导体可以用于制造高效的电力输送线路和磁共振成像设备。
此外，超流动和超导现象还有助于我们更好地理解原子中的强相互作用力和量子力学的规律，对于科学的发展具有重要的推动作用。
总之，原子中的强相互作用力和超流动现象是一门令人着迷的科学研究领域。
超冷原子系统中的量子相变研究
超冷原子系统中的量子相变研究随着量子物理学的快速发展，人们对于超冷原子系统中的量子相变产生了浓厚的兴趣。
量子相变是指在低温下由于量子涨落的影响导致物质的性质发生突变的现象。
本文将探讨超冷原子系统中的量子相变研究，介绍相关的理论和实验成果，并对未来的发展方向进行展望。
一、超冷原子系统简介超冷原子系统是由一群或多群被冷却至极低温度的原子组成的体系。
通过操控这些超冷原子，可以实现量子仿真、量子计算和量子模拟等重要应用。
目前，实验室中广泛使用的超冷原子系统包括玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和费米准凝聚(Fermi gas)。
二、量子相变理论在超冷原子系统中的量子相变研究，依赖于多体相互作用的哈密顿量。
根据不同的系统类型和模型，可以采用多种理论工具进行解析计算，比如平均场理论、精确对角化方法、有限温度量子蒙特卡罗模拟等。
这些理论方法为我们理解超冷原子系统中的量子相变提供了重要的指导。
三、BEC系统中的量子相变玻色-爱因斯坦凝聚是一种由玻色子组成的超冷原子系统。
在BEC系统中，可以通过改变温度、相互作用强度和外势场的调控来研究量子相变的性质。
最经典的例子是由单一玻色子系统向超流相变的波色-爱因斯坦凝聚相变。
四、费米气体中的量子相变费米气体是由费米子组成的超冷原子系统。
在费米气体中，由于泡利不相容原理的限制，粒子之间的相互作用对于相变的性质起到了重要作用。
费米气体中的量子相变研究主要集中在BEC-BCS跃迁和超流相变等方面。
五、超冷原子系统中的新现象超冷原子系统中的量子相变研究不仅仅关注于已知的相变，还揭示了一些新的物理现象。
比如，量子霍尔效应、拓扑物态、拓扑绝缘体等。
理论和实验研究表明，超冷原子系统的量子相变是研究拓扑物质的重要平台之一。
六、未来发展前景随着实验技术的不断进步，超冷原子系统中的量子相变研究将迎来更加广阔的发展前景。
未来的研究方向包括研究更加复杂多样的超冷原子模型、探索新的量子相变机制、实现更高精度的量子控制等。
超冷原子物理学中的玻色爱因斯坦凝聚与费米准粒子研究
超冷原子物理学中的玻色爱因斯坦凝聚与费米准粒子研究近年来，随着科学技术的不断进步，超冷原子物理学成为一个备受瞩目的研究领域。
在这个领域中，玻色爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation，简称BEC）和费米准粒子（Fermi gas）的研究引起了广泛的关注。
本文将探讨这两个重要的研究课题。
一、玻色爱因斯坦凝聚玻色爱因斯坦凝聚是指在极低温下，在玻色子的统计性质的作用下，大量玻色子粒子聚集到宏观上的同一量子态的现象。
这种凝聚态的产生要求温度降到接近绝对零度，并且粒子之间存在相互作用。
玻色爱因斯坦凝聚最早是由印度物理学家卡皮兰（Satyendra Nath Bose）和爱因斯坦在20世纪20年代共同提出的。
随后，人们通过对低温稀释磁性原子气体的研究，成功实现了玻色爱因斯坦凝聚的实验观测。
玻色爱因斯坦凝聚的研究对于理解量子统计力学、凝聚态物理以及超流体行为等方面具有重要意义。
例如，在玻色爱因斯坦凝聚中，凝聚态的玻色子表现出了波动性，这种波动性可以导致粒子表现出相干性，并显示出比常规物质更为奇特的性质。
二、费米准粒子与玻色爱因斯坦凝聚不同，费米准粒子是一种由费米子粒子组成的凝聚态。
费米子是一类具有费米统计性质的粒子，根据泡利不相容原理，同一量子态最多只能存在一个费米子。
费米准粒子的研究主要集中在费米气体的行为和性质方面。
在超冷原子系统中，费米准粒子的形成主要依赖于外加势场的作用以及粒子之间的相互作用。
通过调控这些因素，研究人员可以实现费米粒子的配对和超流态的形成。
费米准粒子在物理学研究中扮演着重要角色。
例如，在凝聚态物理中，超导和超流现象都涉及到费米准粒子的行为。
此外，费米准粒子还被广泛应用于量子计算和量子信息领域，为实现量子比特的储存和操控提供了一种可行的方案。
三、研究进展与应用在超冷原子物理学中，玻色爱因斯坦凝聚和费米准粒子的研究一直处于活跃状态。
不仅为这两个凝聚态的产生和观测提供了新的方法和途径，还推动了相关领域的发展。
一维光学晶格中费米气体的超流特性
一维光学晶格中费米气体的超流特性【摘要】：玻色-爱因斯坦凝聚的实现掀起了人们对超冷原子气体的研究热情。
玻色系统是研究人员最早开展研究并取得较为完善认识的冷原子系统。
简并费米气体的实现又使得大量的学者投入到超冷费米气体的研究上来。
存在相互作用的简并费米气体作为研究强关联系统非常理想的实验对象,为人们更加深入了解强关联多体系统的量子特性提供了一个新的窗口。
其中对光学晶格中超冷费米气体物理特性的研究成为当今的热点课题之一。
在本文中,我们首先叙述了一下有关超冷费米气体的基础知识,其次对密度重整化群算法以及强关联模拟软件ALPS(AlgorithmsandLibrariesforPhysicsSimulations)做了简单介绍。
然后我们利用强关联模拟软件中提供的密度重整化群算法研究了在粒子数小于半填充的情况下,一维超冷排斥费米气体在光学晶格中的超流特性。
我们发现,在普通的晶格系统中,格点总数N22,当排斥相互作用强度大于临界值时,费米子的束缚态会对应着费米系统在势阱中心产生的Mott绝缘态,边缘则为超流态。
而当格点总数增大时,上述结论会有所不同。
增强排斥相互作用首先出现的负的两粒子束缚能只能说明系统此时处于超流态,但是并没有相应的Mott绝缘态,只有当排斥作用足够强时才会有Mott绝缘态的出现,上述讨论进一步完善了文献[36]的结论。
保持格点总数以及填充因子不变,在超晶格系统中,当系统不存在孤立的极小值点时,随着排斥相互作用的增加,费米子间的束缚能Eb在本应该出现负值的区域变为正值,束缚能Eb为正值说明系统中不存在等效的吸引相互作用,进而意味着费米子间不会发生配对,没有库珀对的出现就没有超流态的存在。
因此超晶格势的引入也使得系统的超流特性发生了变化。
最后,我们总结了全文对光晶格中超冷费米气体超流特性的研究并对该领域进行了展望。
【关键词】：Fermi-Hubbard模型密度重整化群束缚能Mott绝缘态光学晶格【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：O734【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章绪论11-211.1引言11-131.2光学晶格13-151.3费米系统15-181.3.1费米系统简介15-161.3.2简并费米气体16-181.4相变18-191.5本文的安排19-21第二章密度重整化群算法21-272.1引言212.2数值重整化群算法21-222.3密度重整化群算法22-252.3.1无限体系的DMRG算法242.3.2有限体系的DMRG算法24-252.4总结25-27第三章强关联模拟软件ALPS27-313.1发展背景27-283.2工作流程283.3晶格和模型的定义28-313.3.1晶格的定义28-293.3.2模型的定义29-31第四章光学晶格中一维排斥费米气体的超流特性31-394.1引言314.2理论模型31-324.3模拟结果与分析32-364.4结论36-39第五章超晶格中一维费米气体的超流特性39-475.1引言395.2费米子在光学超晶格中的分布39-405.3模型和研究方法40-415.4模拟结果与分析41-455.5结论45-47总结47-49参考文献49-53攻读学位期间取得的研究成果53-54致谢54-55个人简介55-57 本论文购买请联系页眉网站。
一维光学晶格中费米气体的超流特性的开题报告
一维光学晶格中费米气体的超流特性的开题报告
目前，超冷原子物理是一个快速发展的领域。
在这个领域中，费米气体的超流性质一直是一个热门的话题。
在这篇开题报告中，我们将探索在一维光学晶格中的费米气体的超流特性。
一维光学晶格是由激光束交叉形成的光电势能场。
这种光电势能场对于超冷原子特别有用，因为它可以制造出非常强的限制性势场，将原子限制在二维甚至一维空间内。
利用一维光学晶格，可以制备出一系列的玻色和费米粒子，并研究它们在一维空间中的属性。
费米气体是一类拥有自旋1/2的粒子，由于保守性的保持，费米粒子之间是不能在相同态的能级上存在的，因此在超冷原子中产生配对的费米子态会使用Bose-Fermi对称规则.其中，费米气体是由两个不同自旋的粒子配对得到的。
在一维光学晶格中的费米气体可以通过Feshbach共振实现。
通过调节Feshbach共振的参数，可以产生场强驱动的超流。
该超流的特性可以通过在一维光学晶格中拟合Bogoliubov-De Gennes（BdG）哈密顿量来确定。
通过模拟一个标准模型来研究一维光学晶格中费米气体的超流性质是这篇论文的主要目的。
通过引入包括单体和两体散射的相互作用项，可以研究诸如配对耦合等效,空间偏移等超流特性.
最后，对于超流特性,我们将讨论字面上的局限性并提出几个解决方案，包括增加噪音水平，增加系统的规模以及使用各种信息反馈技术来提高性能. 这篇论文的结论将进一步增加人们对一维光学晶格中费米气体超流性质的了解，这种了解将有助于进一步理解超冷原子物理。
超冷量子费米气体研究与应用简介
超冷量子费米气体研究与应用简介邓书金;武海斌【摘要】强相互作用的超冷费米气体是研究复杂多体强关联物理的理想系统,可以用来研究高温超导超流、夸克-胶子等离子体、中子星以及宇宙的早期演化等多体强关联物理.通过精确控制原子间的相互作用以及外加的俘获势,可以探索超冷量子物质的奇异物相,研究强耦合系统中的量子非平衡热力学、超冷碰撞和多体物理.文章介绍了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室超冷量子气体研究组近期在标度不变的费米气体中的一些研究进展,如Efimovian膨胀动力学等新奇动力学和多体量子热机等.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】7页(P8-14)【关键词】量子简并费米气体;Efimovian膨胀动力学;多体量子热机;标度不变性【作者】邓书金;武海斌【作者单位】华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文1 超冷的原子气体从古至今，人类一直在探索着对物质的认识，经历了逐渐深化和不断完善的历史进程。
中国古代的阴阳五行之说，认为山川河流、草木虫鱼皆由金、木、水、火、土这5种元素形成。
古代希腊也有相似的观点，认为水、气、火、土和以太是构成宇宙万物的基本前提。
时至今日，我们已经对构成自然界的基本粒子有了深入的认知，自然界中存在着质子、中子、电子，乃至更为基本的夸克、中微子等基本粒子，并且这一认知还在不断的进步中。
目前，构成自然界的基本粒子可以按照自旋(即自旋角动量，是粒子的内禀属性)分为两类：自旋量子数为整数的为玻色子，比如光子、传递相互作用的胶子、介子等；自旋量子数为半整数的为费米子，比如质子、中子、电子等。
经典情形下，由玻色子和费米子组成的系统都符合玻尔兹曼分布，为经典气体，但随着温度的降低，物质的量子特性逐渐显现出来。
现在的技术已经可以把原子气体的温度冷却到10-9 K甚至10-10 K，在这种情形下，量子统计规律将占主导作用，费米子系统和玻色子系统会表现出截然不同的行为。
波色费米超流混合自由空间量子通信实验研究
波色费米超流混合自由空间量子通信实验研究基于超冷原子的超流研究是当前超冷量子气体研究的重要方向。
本论文中首先介绍了基于<sup>6</sup>Li和<sup>41</sup>K的玻色-费米超流混合系统的实验实现。
为了实现超流混合,实验中首先搭建了一套包括超高真空系统、共振激光系统、激光频率锁定与功率控制系统、磁场系统、时序控制系统、射频系统、水循环冷却系统、运行状态监控系统等的复杂的实验装置。
然后实验对原子实施激光冷却。
激光冷却过程包括6Li原子的塞曼减速器和41K原子的改良型的2D+MOT,双原子3DMOT,压缩磁光阱,6Li原子的UVMOT和41K原子的Gray Molasses等。
通过激光冷却之后,原子团通过光泵浦极化之后装入到磁阱中并采用磁输运的方式输运到科学实验腔中。
在科学实验腔的光塞磁阱中,实验中进行了光塞磁阱的射频蒸发冷却和6Li原子的协同冷却过程。
在这一过程中,通过RF信号将阱边缘的高能41K原子驱除出束缚阱,而剩余原子则不断热平衡,最终降低原子团温度,提升相空间密度。
与此同时,6Li原子将会通过与41K原子的碰撞而以协同冷却的方式同时得到冷却。
光塞磁阱蒸发冷却完成之后,实验将原子团从磁阱转移到特殊设计的椭圆形光阱系统中。
在光阱中实验首先通过射频技术将41原子转移到最低能量态,而6Li原子则制备成最低和次低能量态的平衡混态。
然后实验中实施光阱蒸发冷却过程。
通过缓慢降低光强,实验最终在圆盘形光阱中实现了超流的混合体,其中共有1.8× 105 41K原子（简并原子团比例大于80%）和1.5 × 106 6L1原子（T/TF<<8%）。
在光塞磁阱的射频蒸发过程中,实验还通过精确调节磁阱射频蒸发冷却过程,实现了磁阱的玻色-费米的简并混合。
在实验实现的超流混合体后,首先通过分别确认两个组分均进入超流态以及两个超流体的空间重叠确认了超流混合体的存在。
偶极长程相互作用及杂质散射对超冷原子费米气体中的配对和超流性的影响
超冷原子费米气体是一种在低温下（通常在几十微米开尔文）存在的物质，其中原子或分子之间的相互作用非常弱。
在这种情况下，可以将原子或分子看作是一系列的独立粒子，它们之间没有相互作用。
然而，在超冷原子费米气体中，有一种称为偶极长程相互作用的作用力会对原子或分子之间的相互作用产生重要影响。
偶极长程相互作用是一种由二极矩引起的相互作用，它会对原子或分子之间的配对和超流性产生影响。
此外，超冷原子费米气体中也存在杂质散射这一现象。
杂质散射指的是由于超冷气体中存在的微小杂质（例如空气分子）或其他外界因素对超冷原子费米气体的性质产生的影响。
杂质散射也会对超冷原子费米气体中的配对和超流性产生影响。
总的来说，偶极长程相互作用和杂质散射是超冷原子费米气体中的重要因素，它们会对超冷原子费米气体的配对和超流性产生重要影响。
费米气体的热容量和超流
费米气体的热容量和超流
佚名
【期刊名称】《物理与工程》
【年(卷),期】2005(15)5
【摘要】科学家通过测量了一个光陷阱中强相互作用锂原子费米气体的热容量，
报告说，热容量的突然增值强烈地暗示着有超流的发生．人们预测了强相互作用的费米气体中的超流，近来有研究提出，强相互作用使费米气体原子形成弱耦合的库柏对，这很有意思，因为超导和某些形式的超流是库柏对引起的．所以，超流费米气体也许可以用于检验高温超导理论．作者写道，在超流和超导中，热容量的测量，在确定相变和描述玻色子费米子激化上，具有极为重要的作用．这些试验所研究的是强相互作用费米气体的基本热力学。
【总页数】1页(PF0003-F0003)
【关键词】费米气体;热容量;超流;强相互作用;超导理论;气体原子;锂原子;光陷阱;科学家
【正文语种】中文
【中图分类】O414.2;O414.1
【相关文献】
1.超流费米气体的动力学特征方程 [J], 杨占金
2.费曼传播子方法研究超流费米原子气体从一维光晶格中释放后的相干演化 [J],
文文;水天鲲;马晓栋
3.超流费米气体中的KdV方程描述 [J], 索南加;加羊杰
4.超流费米气体中两维孤子的动力学 [J], 李婷婷;文文;马晓栋
5.BCS-BEC渡越过程中超流费米\r气体Efimovian膨胀的研究 [J], 张亮;文文;马晓栋
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有限温度下超流费米原子气体的自旋响应的开题报告
有限温度下超流费米原子气体的自旋响应的开题报
告
研究背景：
超冷原子气体一直是凝聚态物理中的一个热门研究领域，主要研究其低温下的凝聚态行为。
在低温下，超流的费米气体通常被冷却至接近绝对零度，形成玻色-爱因斯坦凝聚体。
然而，在有限温度下，超流原子气体的迈向真正超流体状态受到粒子间相互作用的强烈影响。
自旋是原子中最基本的性质之一，在自旋响应研究中，费米气体自旋极化度数是一个重要的测量指标。
研究目的：
本文旨在研究在有限温度下的超流费米原子气体的自旋响应，通过探究温度、自旋偏极度、相互作用等因素对原子气体自旋状态的影响，从而实现特定自旋状态下的超流相变。
研究内容：
本文主要研究有限温度下超流费米原子气体的自旋响应，将主要探究以下内容：
1.费米气体自旋极化度数的测量和控制。
2.相互作用强度对费米气体自旋极化度数及超流行为的影响。
3.超流费米气体的自旋响应特性研究。
4.在特定温度、自旋偏极度下实现费米气体超流相变。
研究方法：
本文主要采用理论研究和数值模拟相结合的方法。
借助统计物理理论，结合数值计算，在理论上分析超流费米气体的自旋响应机理，并进行数值模拟，验证理论预测结果。
研究意义：
通过对有限温度下超流费米原子气体的自旋响应进行研究，可以更
好地认识和理解费米气体的自旋行为和超流行为，为相关领域研究提供
新的思路和方法。
此外，通过实现特定自旋状态下费米气体的超流相变，将为超冷原子气体在信息处理、量子计算等领域的应用提供基础支撑。
超冷费米原子气体的超流动性
这个系列文章的主题是公式 Ｆ＝ ｏ 一个有时 ｍ； ， 被 表示成 可 以描述 自然 界 运 算法 则 的缩 影 ， 实 际 但 上 它并 不是一 个可 以被 机械 （ 双关 语 ， 意 的 ） 套 故 ＂
用 的运 算法则 ． 它更 像是 一 门语言 ， 我们 可 以通过 它 轻松地 表达关 于世 界 的重要 事实 ． 然而 ， 不是 暗示 这 它缺乏 内容 ． 它被 赋 予 了 内容 ， 先 ， 首 通过 这 门语 言
用了 ｊ ｓ ｄｎ ｅ ｕ ｐ ｅｃ 一词 ， 中文 中我们为 了表达 定律 和法律 中共 ｉ ｕ ｆ ｒ 而
通 的东西 ， 了律条这个词 ， 用 可能 比较牵强——译校者注
・
物理新 闻和动态 ・
超 冷 费米 原 子气 体 的超 流 动 性
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仍然积极地力图把 ＜ 这些律条 ＞的明白易懂和显而
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不再 被视 作僵 死 的塑像 ， 它安 上腿 ， 给 将之 隔 开来看
待， 它便成为一个对更 一般 意义上 的求知者来说非
Ｎｅ Ｙ０ ｋ： ｖ ｒ ９ ８ ｗ ｒ Ｄｏ ｅ ，１ ５
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Ｄ．ｅ ，Ｅｄ ｎ ｕ ｇ ｄ． ｉ ｂ ｒ ｈ，ＵＫ： ｄ ｎ ｕ ｇ Ｐ ｅ ｓ ９ ９ Ｅ ｉ ｂ ｒ ｈ Ｕ． ｒ ｓ ，１ ７
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超流费米原子气体中的集体激发及其相互作用研究
【摘要】：玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einsteincondensation,简称BEC)描述当温度低于某一临界值时玻色子体系中大量粒子凝聚到一个或几个量子态的现象。
BEC是量子统计物理学的基本结论之一。
由于泡利不相容原理费米子不能直接形成BEC,但可以通过Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)等机制形成费米子对的凝聚。
BEC是一大类宏观量子现象的物理根源,是超导、超流物理学的理论基础。
研究表明,BEC与BCS可视为BCS-BEC渡越理论的两个极限。
近年来,由于激光冷却与囚禁技术研究的进展,人们终于实现了弱相互作用玻色原子气体的BEC,并进而实现了费米原子气体的量子简并与费米原子对的超流;利用Feshbach共振技术改变原子间相互作用的大小与符号,又成功地实现了费米原子气体从BCS超流到BEC两种极限之间的渡越。
超冷量子气体已成为当前原子分子物理、非线性与量子光学、统计和凝聚态物理等学科的重要交叉研究领域,无论是从基础物理研究方面(包括光与物质相互作用的奇异量子特性及其调控、强关联体系的量子模拟等),还是从发展高新技术方面(原子激光、原子干涉仪、原子芯片、原子钟、量子计算机的研制等)都有十分重要的意义。
元激发是相互作用量子多体理论的基本概念,也是统计与凝聚态物理学中最主要的研究内容之一。
集体激发是超流原子气体元激发的主要形式,描述在外加囚禁势中相互作用多体系统表现出来的集体振荡行为。
世界上许多实验室已对超流原子气体中的集体激发进行了大量的
研究,不仅成果丰硕,而且已经发展了对振荡频率等物理量的精密测量技术。
该方面的研究对于揭示非均匀量子体系中原子间相互作用性质的许多新奇特性和探索超冷量子气体的超流特性均有重要意义。
BCS-BEC渡越中超流费米原子气体的集体激发原则上可用微观理论加以描述。
但是目前人们对BCS-BEC渡越的微观物理机制尚不十分清楚,外加囚禁势又要求处理非均匀量子多体体系,因而使问题的求解十分困难。
另外,对于集体激发的含时演化及其相互作用等非线性非平衡动力学问题而言使用微观理论是很不方便的。
注意到在超低温条件下超流费米原子气体处于宏观量子相干态,因而可用一个宏观波函数(序参量)描述。
该波函数的含时演化方程可以在超流流体动力学方程中适当地加入量子压力项而得到。
利用从量子Monte-Carlo方法求得的物态方程,超流序参量方程可以很好地描述BCS-BEC渡越的不同超流区域中集体激发的动力学及其相互作用行为。
本文主要利用宏观序参量方程研究在外加囚禁势阱中超流费米原子气体中的集体激发及其相互作用,所得主要研究结果如下:1.研究了在不同形状囚禁势下超流费米原子气体在BCS-BEC各种渡越区域的集体激发行为。
利用变分法详细分析计算了世界上几个著名实验小组探测过的几个集体激发模式的物理特性,研究了在计入和忽略动能两种条件下体系的集体振荡频率与粒子间散射长度的变化关系,证明了当体系的各向异性比较明显(雪茄型或盘型)时系统的动能不可忽略,因而理论上广泛使用的托马斯-费米近似失效。
除此之外,还给出了当外加囚禁势具有不同各向异性参数时超流体的凝聚粒子数对不同超流区域的依赖关
系,为进一步开展有关的实验工作提供了理论指导。
2.由于技术上的原因,目前实验上超冷量子气体物理特性的获得大都是通过原子气体的飞行时间测量。
我们研究了当外势撤消后超流费米原子气体产生的各向异性自由膨胀,得到了在BCS-BEC渡越区雪茄型和盘型囚禁势中的费米原子凝聚体各向异性膨胀速率与粒子间相互作用参数的变化关系。
3.当外加扰动的振幅较大时,即使在零温条件下体系的集体激发也会产生显著的非线性效应。
我们研究了处于外加囚禁势中超流费米原子气体对外加扰动的非线性响应,特别详细地计算了目前实验上研究较多的三个低阶集体振荡模式在大振幅扰动下可能产生的非线性频率移动。
我们发现,集体模频移的理论计算结果在某些系统参数处出现发散行为,这对应于集体模式之间的共振相互作用。
我们利用Lindstedt-Poincar(?)摄动方法研究了这些共振相互作用,特别探讨了在某些特定参数条件下当满足相位匹配条件时集体激发的二次谐波产生,并用数值模拟对解析结果进行了检验。
4.我们还对超冷量子费米气体的超流约瑟夫森效应进行了研究。
结果表明,由于体系的相干特性双阱势中的超流费米原子气体可相互隧穿并产生非线性Rabi振荡。
由于粒子之间相互作用的存在,在一定的耦合条件下系统可出现宏观自囚禁现象。
我们详细讨论了约瑟夫森效应和宏观自囚禁现象在BCS-BEC渡越的各种超流区域中的行为,给出了两团原子气体之间的耦合强度与粒子数振荡和自囚禁等效应之间的相互关系,预言了有关实验现象并给出了产生这些现象的系统参数范围。
本论文给出的研究结果有助于深入了解超冷费米原子气体在BCS-BEC渡越区的各种超
流特性,也为开展与此相关的实验工作提供了有益的理论指导。
【关键词】：玻色-爱因斯坦凝聚超流费米原子气体BCS-BEC渡越集体激发非线性频移约瑟夫森效应
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O431.2
【目录】：中文摘要6-9Abstract9-17第一章绪论17-311.1研究历史和现状17-271.2本文主要研究内容27-31第二章从BEC到BCS超流31-472.1引言312.2相空间密度31-322.3玻色-爱因斯坦凝聚32-402.3.1理想气体的BEC32-342.3.2弱相互作用玻色气体的BEC34-402.4简并费米气体40-422.4.1理想费米气体40-412.4.2弱吸引相互作用费米气体和库珀对41-422.5BCS-BEC渡越42-452.5.1从超导到超流42-432.5.2三种超流区域43-452.6本章小结45-47第三章超流费米气体的宏观描述和集体激发47-693.1引言47-483.2集体激发的实验结果48-523.3托马斯-费米近似52-553.3.1托马斯-费米密度泛函理论52-533.3.2拓展的托马斯-费米密度泛函理论53-553.4超流费米气体的宏观方程55-563.4.1流体动力学描述和序参量方程55-563.4.2流体动力学描述适用的条件563.5超流费米气体的态方程
56-613.5.1Gibbs-Duhem关系56-573.5.2态方程57-613.6基态和线性集体激发61-683.6.1基态61-623.6.2集体激发的基本理论结果62-683.7本章小结68-69第四章低维超流费米气体的集体激发69-874.1引言69-704.2低维激发的杂化变分模型70-744.2.1准一维动力学方程71-734.2.2准二维动力学方程73-744.3准一维和准二维凝聚体粒子数判据74-764.4集体激发76-824.4.1准一维情形76-804.4.2准二维情形80-824.5低维超流费米气体的膨胀行为82-854.5.1准一维自由膨胀82-834.5.2准二维自由膨胀83-854.6本章小结85-87第五章频率移动和模式耦合研究87-1055.1引言87-885.2集体激发的非线性频率移动88-965.2.1一阶和二阶频率移动88-905.2.2频率移动分析90-965.3集体振荡模式的耦合96-1045.3.1包络方程和二次谐波共振96-1005.3.2数值结果100-1035.3.3对三波相互作用的讨论103-1045.4本章小结104-105第六章双势阱系统中的约瑟夫森效应105-1196.1引言105-1076.2双势阱中的约瑟夫森效应107-1106.3对称双势阱中的费米原子对约瑟夫森结方程研究110-1166.3.1Rabi振荡110-1116.3.2零相位振荡111-1126.3.3跑动相位模式112-1136.3.4π-相位振荡113-1156.3.5π-相位旋转115-1166.4对振荡和自囚禁的分析116-1186.5本章小结118-119第七章总结及展望119-1217.1本文的主要工作119-1207.2进一步的研究课题120-121附录ALindstedt-Poincaré方法简介121-125A.1背景介绍121A.2方法概要121-125附录B非线性频率移动计算中一些表达式的具体形式125-129B.1非线性动力学方程(5.3)中非齐次项f_j~((n))的表达式125-126B.2m=0模的二阶频率移动
表达式中系数d_j的表达式126-129附录C二次谐波产生和三波相互作用耦合方程的系数129-131C.1二次谐波产生的耦合方程系数129C.2三波相互作用的耦合方程系数129-131附录D描述三阱和四阱超流费米气体约瑟夫森效应的耦合方程131-133D.1描述三阱的耦合方程131D.2描述四阱的耦合方程131-133参考文献133-149攻读学位期间发表的学术论文149-151致谢151 本论文购买请联系页眉网站。