光晶格中超冷原子系综的动力学性质

光晶格中超冷原子系综的动力学性质

【摘要】：光晶格中超冷原子系综的物理特性是冷原子物理这一新领域中的重要研究课题。这一研究之所以成为当前一个热点的主要原因是光晶格中的超冷原子系综为模拟传统凝聚体物理和固体物理中的复杂物理问题提供了一个理想模型。由于不存在任何杂质和缺陷的特点和高可控性使得光晶格中的冷原子系综成为一个良好工具,我们甚至可以用它去研究一些凝聚态物理中从来没有的新奇的量子现象。当前有关光晶格中的超冷原子的研究涉及到许多方面。其中有两个重要方面是我们感兴趣的。一方面,光晶格为研究超冷原子的磁学性质和自旋相关动力学提供了一种有效的研究工具,特别是光晶格中的自旋波激发、控制和探测的研究将为BEC在量子计算与量子信息处理等方面的应用提供重要的指导。然而目前这一方面的研究仅仅处于开始阶段。有许多科学问题有待解决。例如,与凝聚态物理中磁性晶格的自旋链模型相比较,光晶格中由于光诱导的长程相互作用的存在,其自旋动力学特性展现出更加丰富多彩的物理内涵。另一方面,近年来随着实验上冷却和囚禁具有较大磁偶极距的超冷原子气体的实现,磁偶极-偶极相互作用对超冷原子气体动力学性质的影响正逐渐成为理论和实验上的一个热点研究课题。与此同时,布洛赫振荡这个固体物理中的基本现象在超冷原子体系中被观测到以后,由于其比较窄的动量谱分布,被广泛应用于超高精密测量,如何提高其测量精度也是目前人们正面对的课题。本论文就针对以上两个方面的问题展开深入研究。

论文的前两章属于对背景知识的回顾,论文的第一章简述了激光冷却原子技术和玻色-爱因斯坦凝聚的实现。第二章介绍了光晶格的实现、性质以及光晶格中的旋量BEC和偶极气体的特性,为我们所要做的研究工作做好铺垫。第三章应用平均场理论处理方法,对旋量BEC原子自旋链中的内禀局域自旋波模进行了研究。数值分析了内禀局域模的性质以及其和长程耦合相互作用的关系。展现了长程相互作用在确定光晶格中自旋动力学方面的不可忽视的角色。同时也表明由于光晶格中原子之间长程偶极相互作用的存在,光晶格超冷原子系综为研究格点系统中更为丰富自旋耦合动力学特性提供了一个理想的工具,也为超冷原子向量子信息科学与凝聚态物理交叉领域的发展提供了广阔的前景。第四章中我们研究了磁偶极-偶极相互作用对光晶格中超冷原子气体的布洛赫振荡的影响。我们首先推导出准一维光晶格中偶极气体的Gross-Pitaevskii方程,详细分析了磁偶极-偶极相互作用的傅里叶谱,得到了一个魔幻极化方向。这个方向上磁偶极-偶极相互作用对系统没有贡献。我们将这个魔幻极化方向应用到超冷原子的布洛赫振荡中,研究了这个极化方向对提高原子系综的相干性以及布洛赫振荡在超高精密测量中的精度的重要作用。最后在第五章中,我们对我们的研究作了概括性的总结,并在此基础上,对未来的发展进行了展望。【关键词】：光晶格旋量玻色-爱因斯坦凝聚偶极相互作用内禀局域自旋波模布洛赫振荡

【学位授予单位】：华东师范大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2010

【分类号】：O431.2

【目录】：摘要6-8Abstract8-10目录10-13第一章激光冷却原子与玻色-爱因斯坦凝聚13-311.1引言13-141.2激光冷却原子技术14-201.2.1多普勒冷却技术15-161.2.2亚多普勒激光冷却技术16-181.2.3亚反冲冷却技术18-201.3射频蒸发冷却技术20-211.4玻色-爱因斯坦凝聚21-261.4.1实现玻色-爱因斯坦凝聚的条件22-231.4.2平均场理论和Gross-Pitaevskii方程23-261.5本论文研究的出发点及主要内容26-27参考文献27-31第二章光晶格中的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体与超冷偶极气体31-662.1引言31-322.2光晶格实验技术32-362.3旋量玻色-爱因斯坦凝聚体36-422.3.1磁囚禁势和标量玻色凝聚体37-382.3.2光囚禁势和旋量玻色凝聚体38-402.3.3F=1的旋量玻色凝聚体及其铁磁和反铁磁性40-422.4光晶格中的旋量玻色-爱因斯坦凝聚的理论描述42-492.4.1玻色-哈伯德模型42-442.4.2F=1的玻色-哈伯德模型44-462.4.3超流态到莫特态转变46-492.5旋量玻色-爱因斯坦凝聚体原子链中的自旋波49-532.6光晶格中的偶极气体53-622.6.1原子磁矩与偶极偶极相互作用53-592.6.2偶极气体的非局域Gross-Pitaevskii方程59-622.6.3光晶格中的偶极气体622.7本章小结62-63参考文献63-66第三章光晶格中旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的自旋波激发66-913.1引

言66-683.2固体物理中的内禀局域自旋波激发68-743.2.1一维近邻相互作用模型68-713.2.2一维次近邻相互作用模型71-743.3旋量玻色-爱因斯坦凝聚体原子链中的内禀局域自旋波模74-863.3.1自旋波的调制不稳定性74-773.3.2静态内禀局域自旋波模77-803.3.3静态内禀局域自旋波模的稳定性分析80-833.3.4外磁场驱动下的静态内禀局域自旋波模83-853.3.5移动的内禀局域自旋波模85-863.4本章小结86-88参考文献88-91第四章光晶格中超冷偶极气体的动力学特性91-1084.1引言91-924.2布洛赫振荡92-984.2.1布洛赫振荡的理论描述92-944.2.2短程相互作用诱导的原子布洛赫振荡的退相干效应94-964.2.3Feshbasch共振技术96-984.3光晶格中超冷偶极玻色原子的布洛赫振荡98-1054.3.1准一维光晶格中偶极气体的Gross-Pitaevskii 方程98-1024.3.2偶极-偶极相互作用诱导的原子布洛赫振荡的退相干效应102-1054.4本章小结105-106参考文献106-108第五章总结与展望108-1115.1论文总结108-1095.2论文展望109-111发表和待发表论文111-112致谢112 本论文购买请联系页眉网站。