自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚势垒散射特性的研究

对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚中的双势垒散射问题进行了研究, 得到了系统透射系数的解析表达式, 并对如何克服Klein隧穿以及如何束缚Dirac粒子进行了讨论并给出囚禁Dirac粒子的实验方案. 此外, 运用时间劈裂谱方法对Dirac粒子势垒散射问题进行了数值模拟. 分析了Dirac粒子分别在势垒Klein阻塞区域中心以及边缘的透射情况. 最后从排斥和吸引相互作用两方面研究了非线性相互作用对于Dirac粒子演化的影响, 结果表明弱非线性相互作用对散射特性的影响非常小, 而强非线性相互作用会彻底破坏波包的动量分布, 从而改变Dirac粒子的势垒散射效果． 关键词： 自旋-轨道耦合 Klein隧穿 势垒散射 玻色-爱因斯坦凝聚     

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.     

玻色-爱因斯坦凝聚的相变特征

研究玻色-爱因斯坦凝聚的相变特征，证明了粒子间存在弱排斥相互作用的玻色系统的玻色-爱因斯坦凝聚是二级相变。     

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.     

自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚体中的拉曼耦合强度

对玻色爱因斯坦凝聚中拉曼跃迁的拉比频率和耦合强度进行了实验研究,拉比频率是光与原子相互作用中的一个重要参量,用于衡量原子与光场之间耦合强度的大小,而拉曼跃迁耦合强度是自旋轨道耦合实验中的一个重要参数。研究了不同拉曼光频率失谐下,87 Rb在F=1时的超精细塞曼子能态|1,0〉和|1,1〉间的拉曼跃迁拉比振荡。在800nm的拉曼光作用下,观测到超精细态F=2的5个塞曼能态间同时耦合的拉比振荡。该工作有助于87 Rb自旋轨道耦合实验中参数的优化选择。     

线性塞曼劈裂对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中亮孤子动力学的影响

利用变分近似及基于Gross-Pitaevskii方程的直接数值模拟方法,研究了自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中线性塞曼劈裂对亮孤子动力学的影响,发现线性塞曼劈裂将导致体系具有两个携带有限动量的静态孤子,以及它们在微扰下存在一个零能的Goldstone激发模和一个频率与线性塞曼劈裂有关的谐振激发模.同时给出了描述孤子运动的质心坐标表达式,发现线性塞曼劈裂明显影响孤子的运动速度和振荡周期.     

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.     

自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在尖端势垒散射中的Klein隧穿

本文对自旋-轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体经过尖端势垒散射的过程进行了数值模拟,发现散射过程中存在Klein隧穿现象.相较于高斯势垒,尖端势垒散射的Klein阻塞及Klein隧穿区域会向较高势垒方向移动.在Klein隧穿区域,透射系数随势垒高度而振荡下降,且振幅随着势垒增高而逐渐减小.最后,分别讨论了原子相互作用对经典透射区域、Klein阻塞区域以及Klein隧穿区域散射过程的影响.     

玻色-爱因斯坦凝聚实现10周年

自1995年首次实现玻色一爱因斯坦凝聚（BEC）以来，相关研究发展迅速．截止到2005年6月，已实现凝聚的碱金属原子气有六种：7^Li，23^Na，41^K,85^Rb，和133^Cs．自旋极化1^H最早被遴选为BEC的对象，但因技术上的难度问题，它的凝聚迟至1998年6月，是由“BEC教父”Daniel Kleppneer领导的小组实现的．     

环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态

研究了在环形势阱中自旋-轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构.探索了自旋-轨道耦合作用和旋转效应对基态的影响.结果发现,在环形势阱下,基态结构呈现环形分布的half-skyrmion链.调节自旋-轨道耦合强度,不仅可以改变体系内half-skyrmion数量,而且能够调控half-skyrmion环形排列的对称性.随着旋转频率增大,体系从平面波相转化为环形对称排列的half-skyrmion链相,最后过渡到三角格子的half-skyrmion相.讨论了自旋相互作用和势阱形状对基态的影响.自旋-轨道耦合强度和旋转频率作为体系的调控参数,可用于控制不同基态相间的转化.     

偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的各向异性耗散

针对偶极相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体,解析计算了点状杂质沿平行极化轴和垂直极化轴运动的能量耗散率,证明了在超流临界速度更大的方向上耗散率也更高.该结论为最近在162Dy原子气体中观测到的实验现象提供了理论支持.对于一般的运动方向,给出了耗散率在高速极限下以及临界速度附近的渐近形式.结合数值计算的结果,论证了耗散率随方向角的变化总是表现出与临界速度一致的各向异性.     

Dynamics of bright soliton in a spin–orbit coupled spin-1 Bose–Einstein condensate

We have investigated the dynamics of bright solitons in a spin–orbit coupled spin-1 Bose–Einstein condensate analytically and numerically. By using the hyperbolic sine function as the trial function to describe a plane wave bright soliton with a single finite momentum, we have derived the motion equations of soliton's spin and center of mass, and obtained its exact analytical solutions. Our results show that the spin–orbit coupling couples the soliton's spin with its center-of-mass motion, the spin oscillations induced by the exchange of atoms between components result in the periodical oscillation of center-of-mass, and the motion of center of mass of soliton can be viewed as a superposition of periodical and linear motions. Our analytical results have also been confirmed by the direct numerical simulations of Gross–Pitaevskii equations.     

Landau damping of collective mode in a quasi-two-dimensional repulsive Bose-Einstein condensate

We investigate the Landau damping of the collective mode in a quasi-two-dimension repulsive Bose-Einstein condensate by using the self-consistent time-dependent Hatree-Fock-Bogoliubov approximation and a complete and orthogonal eigenfunction set for the elementary excitation of the system.We calculate the three-mode coupling matrix element between the collective mode and the thermal excited quasi-particles and the Landau damping rate of the collective mode.We discuss the dependence of the Landau damping on temperature,on atom number in the condensate,on transverse trapping frequency and on the length of the condensate.The energy width of the collective mode is taken into account in our calculation.With little approximation,our theoretic calculation results agree well with the experimental ones and are helpful for deducing the damping mechanics and the inter-particle interaction.     

Confinement and Zitterbewegung in a spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensate with a spatially localized Raman coupling

Artificial spin-orbit coupling has been successfully implemented in many atomic experiments by so-called Raman addressing, and various interesting phenomena have already been investigated in such spin-orbit-coupled atomic systems. In this paper, we study spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates addressed by spatially localized Raman lasers. The localized Raman coupling effectively generates a spatial inhomogeneous spin-orbit coupling. The ground states of this system are spatially confined into the localization region. We excite Zitterbewegung dynamics by an experimentally realizable quench. By making advantage of Zitterbewegung, we propose to implement an atomic device to control over atoms.     

雪茄形铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移

采用含时哈特里-福克-博戈留波夫近似研究雪茄形铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移. 通过考虑元激发的实际弛豫及其各弛豫间的正交关系改进原有方法, 并由此给出计算朗道阻尼和频移的新公式. 此外, 令凝聚体边界处动能密度为零代替令基态能量极小以改进原消除三模耦合矩阵元的方法. 通过这些改进, 同时计算阻尼和频移, 并讨论它们的温度依赖, 所得理论结果都与实验符合. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 朗道阻尼和频移 哈特里-福克-博戈留波夫近似 托马斯-费米近似     

球对称铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移

采用含时哈特里-福克-博戈留波夫近似研究球对称铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移,并用现有实验和数值模拟研究的粒子数和囚禁频率参量,解析计算了阻尼系数和频移大小及其它们的温度依赖。计算中,考虑元激发的实际弛豫及其各弛豫间的正交关系以获得阻尼和频移计算公式,把基态波函数取为高斯分布函数的一级近似以消除三模耦合矩阵元的发散。我们的计算结果与数值模拟结果和实验结果分别进行直接和间接地对比,讨论和说明了我们理论方法的合理性。     

球对称铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移

采用含时哈特里-福克-博戈留波夫近似研究球对称铷原子玻色-爱因斯坦凝聚中单极子模的朗道阻尼和频移,并用现有实验和数值模拟研究的粒子数和囚禁频率参量,解析计算了阻尼系数和频移大小及其它们的温度依赖.计算中,考虑元激发的实际弛豫及其各弛豫间的正交关系以获得阻尼和频移计算公式,把基态波函数取为高斯分布函数的一级近似以消除三模耦合矩阵元的发散.我们的计算结果与数值模拟结果和实验结果分别进行直接和间接地对比,讨论和说明了我们理论方法的合理性.     

Landau damping and frequency-shift of a quadrupole mode in a disc-shaped rubidium Bose–Einstein condensate

The damping and frequency-shift in Landau mechanism of a quadrupole mode in a disc-shaped rubidium Bose–Einstein condensate are investigated by using the Hartree–Fock–Bogoliubov approximation. The practical relaxations of the elementary excitations and the orthometric relation among them are taken into account to obtain advisable calculation formula for damping as well as frequency-shift. The first approximation of Gaussian distribution function is employed for the ground-state wavefunction to suitably eliminate the divergence of the analytic three-mode coupling matrix elements.According to these methods, both Landau damping rate and frequency-shift of the quadrupole mode are analytically calculated. In addition, all the theoretical results agree with the experimental ones.     

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.