發(fā)布時(shí)間：2020-06-20 11:59

【摘要】：近年來,隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,超冷原子系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái),為我們探究更多有趣新奇的量子現(xiàn)象提供的了強(qiáng)有力的支撐。其中一個(gè)研究熱點(diǎn)就是利用人造自旋軌道耦合的超冷原子系統(tǒng)來模擬研凝聚態(tài)物理中許多有趣的物理現(xiàn)象,比如自旋霍爾效應(yīng)、拓樸絕緣體、拓樸超導(dǎo)體以及Majorana費(fèi)米子等。另個(gè)研究熱點(diǎn)是Feshbach共振,科學(xué)家可以通過改變磁場來調(diào)節(jié)原子的之間的相互作用強(qiáng)度或者利用光場來操控Feshbach共振,這些技術(shù)為研究強(qiáng)相互作用的簡并氣體提供了基礎(chǔ)保障。下面將對本文的主要內(nèi)容做一個(gè)概要:首先,我們測量了自旋軌道耦合中兩個(gè)關(guān)鍵性質(zhì):自旋軌道耦合的強(qiáng)度以及不同相位噪聲激光束對~(87)Rb BEC壽命的影響。我們測量了拉曼光偏振對超冷玻色費(fèi)米氣體自旋軌道耦合強(qiáng)度的影響。我們選用~(40)K的|F=9/2,8)=3/2?和|F=9/2,8)=1/2?自旋態(tài)來進(jìn)行測量。我們還測量了不同相位噪聲的的遠(yuǎn)失諧激光對~(87)Rb BEC壽命的影響。作為對比,我們分別利用鈦寶石激光器、外腔半導(dǎo)體激光器以及相位鎖定的外腔半導(dǎo)體激光器來進(jìn)行測量。我們選擇|F=2,8)=2?和|F=1,8)=1?兩個(gè)自旋態(tài)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了降低外腔半導(dǎo)體激光器的相位噪聲,我們利用光學(xué)鎖相環(huán)將外腔半導(dǎo)體激光器鎖定到鈦寶石激光器。我們研究了~(40)K費(fèi)米氣體的自旋交換碰撞。二次的塞曼偏移,原子云的勢阱和溫度都會(huì)影響到自旋交換動(dòng)力學(xué)。我們從三個(gè)方面(外部梯度磁場、光阱阱深以及溫度)探究了超冷費(fèi)米子的自旋交換作用。而且,通過選取不同的初始自旋態(tài)從而改變了自旋交換相互作用。我們的工作展示了超冷費(fèi)米氣體中自旋交換導(dǎo)致的自旋態(tài)平衡過程。我們利用光場耦合束縛態(tài)分子來改變閉通道分子態(tài)的能量,實(shí)現(xiàn)了光場操控p波Feshbach共振。p波的Feshbach共振點(diǎn)與光場失諧的關(guān)系可以用一個(gè)簡單的公式來描述,且該公式僅有一個(gè)參數(shù)。我們工作最關(guān)鍵的結(jié)果就是驗(yàn)證了m=0分量的耦合參數(shù)與m=±1分量的耦合參數(shù)之比是普適性的。同時(shí)我們通過選擇合適的光場失諧,實(shí)現(xiàn)了將s波Feshbach共振先點(diǎn)與p波Feshbach共振點(diǎn)的重合。我們直接測量了在周期性驅(qū)動(dòng)的自旋軌道耦合的超冷費(fèi)米氣體中Floquet能帶色散。利用自旋注入射頻譜,通過快速的調(diào)制拉曼光的頻率,我們觀察到了二維自旋軌道耦合的狄拉克點(diǎn)會(huì)交替出現(xiàn)在能量較小兩個(gè)能帶或者能量較大的兩個(gè)能帶。這個(gè)結(jié)果說明我們實(shí)現(xiàn)了Floquet能帶的拓?fù)涓淖�。我們的工作為研究基礎(chǔ)的Floquet物理以及構(gòu)造新奇拓?fù)淞孔游镔|(zhì)提供了一個(gè)強(qiáng)有力工具。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O469
【圖文】：

Feshbach 共振[26-32]，如圖 1.1 所示。在超冷原子中利用激光來改變 s 波的散射長度要比磁場 Feshbach 共振更加靈活。因?yàn)槲覀兛梢匀我獾恼{(diào)節(jié)光的空間形態(tài)，同時(shí)我們還可以快速的改變激光的功率、波長以及模式。由于這些特性，我們可以將應(yīng)用拓展到很多方面，例如：黑洞的模擬[33,34]、控制孤立子的產(chǎn)生[35]、研究 BEC 的塌縮[36]等。另外一個(gè)有趣的應(yīng)用就是我們可以利用激光來操控不同混合態(tài)原子的散射長度，這樣我們通過改變激光的成分，從而獨(dú)立的調(diào)控多個(gè)散射長度。這樣來看，光學(xué)Feshbach 共振可調(diào)控的參數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于磁場 Feshbach 共振。

能量-動(dòng)量色散圖。（d）（f）是將（c）（e）圖中低能態(tài)部分的放大。自旋軌道耦合是近年來一個(gè)很熱的研究課題。自旋軌道耦合描述的是量子粒子中自旋和動(dòng)量的相互作用，是物理系統(tǒng)中普遍存在的一個(gè)物理現(xiàn)象。在凝聚態(tài)物理中，自旋軌道耦合發(fā)揮著極其重要的作用，例如：自旋霍爾效應(yīng)[42-43]、拓?fù)浣^緣態(tài)[44-46]、拓?fù)涑瑢?dǎo)體[47]、Majorana 費(fèi)米子[48]、自旋電子學(xué)[49]、量子計(jì)算[50]等。由于超冷原子系統(tǒng)的高度可控性，為科學(xué)家提供了一個(gè)完美的平臺(tái)來研究自旋軌道耦合。在固態(tài)材料中，自旋軌道耦合來源于電子在原子本身固有電場中的運(yùn)動(dòng)，其屬性已經(jīng)由給定的材料所決定，不可調(diào)控。而對于超冷原子系統(tǒng)，“材料的參數(shù)”是可以調(diào)控配置的，科學(xué)家可以根據(jù)需求，通過改變光場的參數(shù)配置，從而人為的調(diào)控自旋軌道耦合。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孟增明;黃良輝;彭鵬;陳良超;樊浩;王鵬軍;張靖;;光學(xué)相位鎖定激光在原子玻色-愛因斯坦凝聚中實(shí)現(xiàn)拉曼耦合[J];物理學(xué)報(bào);2015年24期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 熊德智;~（87）Rb和~（40）K玻色費(fèi)米量子簡并混合氣體在磁阱和光阱中的操控[D];山西大學(xué);2010年

2 陳海霞;~（87）Rb-~（40）K玻色費(fèi)米混和氣體量子簡并的實(shí)現(xiàn)[D];山西大學(xué);2009年

3 衛(wèi)棟;～（87）Rb-～（40）K玻色費(fèi)米混和氣體磁光阱的實(shí)驗(yàn)研究[D];山西大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2722387