缺陷晶格中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的输运特性

摘要

近年来，在周期势阱中研究超冷原子气体的输运特性成为了现当代物理学中的一个非常重要的研究方向。随着实验上成功的实现了具有自旋轨道耦合的玻色系统，使其动力学特性、输运特性以及对缺陷晶格中的超流特性的研究成为了当下的热点话题。并且由于在综合考虑了自旋轨道耦合、塞曼场强度、拉曼耦合等的作用后，使得离散的非线性系统在隧穿动力学和输运特性等方面出现了许多新奇的物理现象。但是，目前针对该系统在含有周期势阱和缺陷方面的研究工作还比较少，很多研究只局限在不含有杂质的纯净光晶格当中，并且对不同种自旋态粒子之间的相互作用的观察还十分的有限。所以本文就周期晶格中玻色子的输运特性展开了研究，研究主要针对系统的隧穿动力学和平面波传播中的输运特性的超流态机制进行了深入和仔细的讨论。本文的具体研究内容和结构安排如下：
　　首先，前言简要介绍了与本文研究相关的物理背景与相关知识，包括超冷原子气体的来源、具有自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体，光晶格的制备以及无序（缺陷）对系统的影响。
　　其次，我们从理论上研究了在缺陷晶格中自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体的传播特性。通过两模假定和紧束缚近似理论，发现系统达到超流态可以通过自旋轨道耦合、拉曼耦合、塞曼效应和原子间相互作用进行调控。特别是，通过调节这些变量的参数，得到一个临界的原子散射长度，可以使系统从一般的传播机制（平面波遇到缺陷完全的被反射）跨越到超流机制（平面波遇到缺陷后只有部分被反射，有一部分仍能继续传播）。同时平面波达到超流态的临界散射长度与自旋轨道耦合、拉曼耦合、塞曼效应、动量和原子间相互作用以及缺陷的类型有关。我们发现自旋轨道耦合和动量可以使系统更容易进入超流态，但是在单独存在塞曼效应或拉曼耦合时会抑制系统进入超流态。有趣的是，拉曼耦合和塞曼效应的共同作用既可以促进系统进入超流态也可以抑制系统进入超流态。同时，由于缺陷种类的不同导致系统达到超流态时所满足的临界条件不同，本文主要讨论了单一缺陷和高斯缺陷分别对平面波传播的影响。
　　然后，我们从理论上研究了周期调制效应下含有缺陷的光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的输运特性，通过运用两模假定和紧束缚近似理论，发现控制周期调制原子间相互作用（或散射长度）和动量可以使系统达到超流态。特别是，在周期调制原子间散射长度后，发现超流-正常态转变的临界条件，不但与缺陷有关（未加调制时超流态条件受缺陷影响），而且还与平面波的动量（未加调制时超流态条件不受动量影响）和周期调制的振幅、频率有关。发现周期调制振幅的增大或平面波动量的增加都可以使系统更容易进入超流态的传播机制，但周期调制频率则会抑制系统进入超流态。本文通过运用周期调制原子间相互作用来控制玻色气体在缺陷光晶格中的传播，对研究玻色-爱因斯坦凝聚体的输运特性提供了一种可行的方法。
　　最后，简要总结本文工作并展望了超冷原子领域研究的前景。

目录

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 引言

1.1.1 玻色-爱因斯坦凝聚

1.1.2 自旋轨道耦合

1.2 光晶格中的缺陷

1.2.2 光晶格中的无序

1.3 本论文的主要工作

第二章 缺陷晶格中自旋轨道耦合BEC的输运特性

2.1 引言

2.2 模型

2.3 缺陷晶格中的输运特性

2.3.1 单一缺陷情况

2.3.2 高斯缺陷情况

2.4 讨论和结论

第三章 在周期调制原子相互作用下缺陷晶格中BEC输运特性的研究

3.1 引言

3.2 模型

3.3 周期调制s-波散射长度下缺陷晶格中的输运特性

3.3.1 单一缺陷情况

3.3.2 高斯缺陷情况

3.4 讨论和结论

第四章 结论与展望

参考文献

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