自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的孤子解

在旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中,孤子态作为宏观量子效应的典型状态,可以通过自旋-轨道耦合进行调控,这使得对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子的研究成为近年来超冷原子领域研究的重要课题之一.本文研究了描述一维自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚体Gross-Pitaevskii方程的精确求解,利用直接假设及可积约化方法,给出了系统多种类型的孤子解,讨论了相应的孤子动力学以及自旋-轨道耦合效应对系统的量子磁化和自旋-极化态的影响.     

偶极旋量玻色-爱因斯坦凝聚体在外场中的自旋混合动力学

探讨了外场中偶极旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的静态和动力学行为.研究结果表明,可以调节外场、自旋交换相互作用和偶极-偶极相互作用来调控三组分之间的隧穿,控制布居数动力学演化范围和相对相位动力学行为. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 偶极-偶极相互作用 自旋混合动力学     

具有纠缠序参量的玻色-爱因斯坦凝聚体

对最近提出的具有纠缠序参量的玻色-爱因斯坦凝聚体作通俗简要的介绍．在这个凝聚体中，不同种原子间形成自旋纠缠的原子对，而系统就在这个纠缠对上发生玻色-爱因斯坦凝聚.     

玻色-爱因斯坦凝聚特性及其应用

本文介绍了北京大学建立的玻色-爱因斯坦凝聚实验平台，实现了玻色-爱因斯坦凝聚（图1），获得了原子数为五十万个，温度为50纳开尔文的玻色凝聚体。在此基础上我们精密测量了玻色-爱因斯坦凝聚的相变温度，还利用玻色-爱因斯坦凝聚实验平台通过马越让那跃迁获得了可控的多量子态玻色爱因斯坦凝聚体。并利用四种方法获得了原子激光（图2），其中有三种方法是国际上第一次使用。另外，我们提出了将玻色一爱因斯坦凝聚转入Magic光晶格阱，实现精度优于10^-17的新型原子钟的设想。     

自旋轨道耦合的23Na自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图的研究

利用阻尼映射Gross-Pitaevkii方程, 研究了二维体系中自旋轨道耦合的 ²³Na自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图, 探索自旋轨道耦合强度对涡旋斑图的影响. 研究发现, 较弱的自旋轨道耦合就可以完全破坏不考虑自旋轨道耦合情况下出现的周期性涡旋晶格; 在自旋轨道耦合较强的情况下, 各自旋态的涡旋易形成涡旋组, 它们绕凝聚体中心形成花瓣状涡旋斑图. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚体 自旋 涡旋     

玻色气体的磁性

物质磁性一直是凝聚态物理研究的重要课题.以往对磁性的探索主要是以费米子(局域或巡游的电子)为研究对象.由于传统的玻色系统液氦没有自旋,不表现磁性,玻色系统的磁性很少被关注.碱金属原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的实现,在开辟了冷原子物理研究领域的同时,也打开了研究玻色系统磁性的大门.这是因为碱金属原子通常具有超精细结构,是旋量玻色气体,能够展示磁性.文章通过对比费米气体的相关结果,介绍了旋量玻色气体磁性的研究概况和最新进展,特别是铁磁性玻色气体的磁性相变以及在低温下铁磁性凝聚体的动力学特征.     

玻色-爱因斯坦凝聚系统中原子的空间混沌分布

研究了非对称周期势阱中玻色-爱因斯坦凝聚原子的空间混沌分布结构. 在凝聚体相位为常数的情况下, 凝聚体内部不存在原子流,凝聚原子的空间分布结构可以用一个无阻尼双驱动Duffing方程描述. 理论分析给出了原子间呈排斥作用系统的Mel'nikov混沌判据.数值模拟结果显示,化学势的增大能够对原子混沌分布产生明显的抑制作用,甚至使混沌完全消失. 对于原子间呈吸引作用的系统,在一定参数条件下,调节光格势强度比可以使凝聚原子由周期状态进入到空间混沌分布状态,随着化学势的增大这种空间混沌分布被完全抑制. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 Mel'nikov函数 混沌     

F-P腔内自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的色散研究

计算分析了处于单模Fabry-Pérot腔内的无相互作用玻色-爱因斯坦凝聚体在引入自旋轨道耦合作用下的色散关系. F-P腔为冷原子系统提供了量子化的光晶格,利用紧束缚近似和平均场近似进行二次量子化,选取合适的腔参数得到单原子缀饰态能级的具体表达式.两束弱的Raman激光和外加磁场作用于玻色-爱因斯坦凝聚体,实现了有效的自旋轨道耦合,提供了一个人工规范势,使玻色-爱因斯坦凝聚体中产生了沿腔轴方向一维的高度可控的狄拉克点.     

F-P腔内自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的色散研究

计算分析了处于单模Fabry-Pérot腔内的无相互作用玻色-爱因斯坦凝聚体在引入自旋轨道耦合作用下的色散关系.F-P腔为冷原子系统提供了量子化的光晶格,利用紧束缚近似和平均场近似进行二次量子化,选取合适的腔参数得到单原子缀饰态能级的具体表达式.两束弱的Raman激光和外加磁场作用于玻色-爱因斯坦凝聚体,实现了有效的自旋轨道耦合,提供了一个人工规范势,使玻色-爱因斯坦凝聚体中产生了沿腔轴方向一维的高度可控的狄拉克点.     

光晶格中超冷原子系统的磁激发

囚禁在光学晶格中的旋量凝聚体由于其长的相干性和可调控性,使其成为时下热点的多比特量子计算的潜在候选载体,清楚地了解该体系的自旋和磁性的产生和调控就显得尤为重要.本文主要从理论上回顾了光晶格原子自旋链的磁性的由来和操控手段.从激光冷却原子出发,制备旋量玻色-爱因斯坦凝聚体,并装载进光晶格,最后实现原子自旋链,对整个过程的理论研究进行了综述;就如何产生和操控自旋激发进行了详细探讨,其中包括磁孤子的制备;讨论了如何将原子自旋链应用于量子模拟.对光学晶格中的磁激发研究将会对其在冷原子物理、凝聚态物理、量子信息等各方向的应用起指导性作用.     

偶极-偶极相互作用下双势阱中旋量玻色-爱因斯坦凝聚磁化率的非线性动力学性质

利用平均场理论和单空间模近似，研究了偶极-偶极相互作用下双势阱中总自旋F=1的旋量玻色-爱因斯坦凝聚磁化率的非线性动力学性质.在给定的初态条件下，研究结果表明：当λ_A+2λ_d=0时，凝聚体只表现为磁化振荡行为；当λ_A+2λ_d≠0时，凝聚体既存在磁化振荡行为，又存在磁自陷俘现象. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 自旋 磁化率     

原子间相互作用对原子激光压缩性质的影响

研究了原子间相互作用对光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中耦合输出的相干原子束压缩性质的影响．结果表明：原子激光的两正交分量的涨落均可压缩，玻色-爱因斯坦凝聚体中原子间的相互作用不利于原子激光的压缩． 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 压缩相干态光场 压缩原子激光     

原子玻色-爱因斯坦凝聚体对V型三能级原子激光压缩性质的影响

利用格子液体方法对V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩相干态光场相互作用系统的哈密顿量进行分析,发现文献中对原子间相互作用部分的处理有不合理之处,从而对该哈密顿量作出了改进并研究了V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩相干态光场相互作用系统中原子激光的两个正交分量的压缩性质.研究表明:V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体中光场-原子相互作用强度对原子激光的两正交分量的涨落有明显的影响. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 V型三能级原子 压缩相干态 压缩原子激光     

光格中玻色-爱因斯坦凝聚的自旋磁子和自旋波北大核心CSCD

研究了一维光格中旋量玻色—爱因斯坦凝聚体的自旋磁子和自旋波.求出了自旋磁子和自发磁化强度.用经典方法求得了均匀体系的自旋波和能级以及激光调制下的自旋波和能级.特别是在连续极限近似下,求得了马丢函数波及其能级.     

光格中玻色-爱因斯坦凝聚的自旋磁子和自旋波

研究了一维光格中旋量玻色—爱因斯坦凝聚体的自旋磁子和自旋波.求出了自旋磁子和自发磁化强度.用经典方法求得了均匀体系的自旋波和能级以及激光调制下的自旋波和能级.特别是在连续极限近似下,求得了马丢函数波及其能级.     

由正负磁单极对相互作用诱导的孤立狄拉克弦

基于三维旋量Gross-Pitaevskii(GP)方程研究在含时周期性外磁场作用下玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学行为.结果显示,在含时周期外磁场的作用下,铁磁态自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体将发生拓扑形变.当磁场的两个零点进入凝聚体后,自旋向上态的密度布居图在z轴上分别形成向上和向下的凸起.随着磁场的两个零点在凝聚体内逐渐重合,向上和向下的凸起被拉长,最终自旋向上态在z轴上呈线状分布,这与理论分析预测得到的孤立狄拉克弦相对应.最后,通过计算凝聚体的超流涡度给出磁单极的表征图.结果显示,凝聚体在磁场的两个零点处形成正、负磁单极对,分别对应着自旋向上态在z轴上向上和向下的凸起.随着磁场的两个零点重合,正、负磁单极对中的两条狄拉克弦逐渐靠近,之后大约经5 ms,它们完全相连,最终形成孤立的狄拉克弦.     

平面自旋压缩态的产生与原子干涉的机理

在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现自旋压缩和量子纠缠, 对于提高原子干涉测量相位灵敏度和原子钟精度有着非常重要的意义. 基于一种新的平面自旋分量的不确定性关系, 介绍了如何利用两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中原子间相互作用提供的非线性效应和原子内部能级间线性耦合, 实现量子平面自旋压缩(挤压)和模式纠缠. 描述了一项关于平面压缩态的理论工作, 该工作利用哈密顿量的精确对角化求解系统基态, 优化非线性作用和线性耦合强度比值, 使得包含平均自旋方向在内的两个正交自旋分量的不确定度同时压缩, 因此在平面上所有相位角度的涨落都受到压制, 而在与该平面垂直的第三个自旋分量方向反压缩. 利用传统自旋压缩判定纠缠, 只能判断多个不可分辨的原子处于纠缠态, 而平面自旋压缩可以检测两个可区分模式(比如, 原子内态)间的纠缠, 从而在不同模式间进行量子信息处理. 同时, 为实现超越标准量子极限的原子干涉相位精密测量, 传统方式是利用单个自旋分量压缩, 但需要对待测相位角度有很好的估计, 或者可以进行多次测量以逐渐逼近可获得的最大压缩极限, 这就要求量子态可以被精确的重复制备. 而利用平面自旋压缩, 对任意未知相位角度只需要测量两个垂直自旋分量就可以实现高的相位测量灵敏度.     

玻色凝聚的原子自旋链中的非线性自旋波

研究了囚禁在光晶格中的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)形成的原子自旋链中的相干非线性自旋波的激发与调制不稳定性.通过解析分析，得到了调制不稳定性的一般判据以及其对原子自旋的长程耦合的依赖关系.在蓝失谐和红失谐光晶格的情况下，分别具体分析了长程非线性自旋耦合，包括光诱导的和静磁诱导的偶极-偶极相互作用对相干自旋波调制不稳定性的影响.     

从费米原子到配对超冷分子

自从1995年以来，实验物理学家已经在一系列玻色原子气系统中实现了玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)，它们是^1H，^7Li，^23Na，^85Rb和^87Rb等等，这些玻色原子具有整数自旋量子数，与玻色原子相对应的是费米原子，它们具有半整数的自旋值，例如^40K。即使在非常接近绝对零度的低温下，费米原子气也不可能凝聚到单一量子态：每一个费米原子所     

光格中玻色-爱因斯坦凝聚的自旋磁子和自旋波

研究了一维光格中旋量玻色—爱因斯坦凝聚体的自旋磁子和自旋波。求出了自旋磁子和自发磁化强度。用经典方法求得了均匀体系的自旋波和能级以及激光调制下的自旋波和能级。特别是在连续极限近似下,求得了马丢函数波及其能级。