【摘要】：近年來,隨著實驗技術的進步,超冷原子系統(tǒng)已經成為一個強大的平臺,為我們探究更多有趣新奇的量子現(xiàn)象提供的了強有力的支撐。其中一個研究熱點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、拓樸絕緣體、拓樸超導體以及Majorana費米子等。另個研究熱點是Feshbach共振,科學家可以通過改變磁場來調節(jié)原子的之間的相互作用強度或者利用光場來操控Feshbach共振,這些技術為研究強相互作用的簡并氣體提供了基礎保障。下面將對本文的主要內容做一個概要:首先,我們測量了自旋軌道耦合中兩個關鍵性質:自旋軌道耦合的強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米氣體自旋軌道耦合強度的影響。我們選用~(40)K的|F=9/2,8)=3/2?和|F=9/2,8)=1/2?自旋態(tài)來進行測量。我們還測量了不同相位噪聲的的遠失諧激光對~(87)Rb BEC壽命的影響。作為對比,我們分別利用鈦寶石激光器、外腔半導體激光器以及相位鎖定的外腔半導體激光器來進行測量。我們選擇|F=2,8)=2?和|F=1,8)=1?兩個自旋態(tài)來進行實驗。為了降低外腔半導體激光器的相位噪聲,我們利用光學鎖相環(huán)將外腔半導體激光器鎖定到鈦寶石激光器。我們研究了~(40)K費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影響到自旋交換動力學。我們從三個方面(外部梯度磁場、光阱阱深以及溫度)探究了超冷費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米氣體中自旋交換導致的自旋態(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,實現(xiàn)了光場操控p波Feshbach共振。p波的Feshbach共振點與光場失諧的關系可以用一個簡單的公式來描述,且該公式僅有一個參數。我們工作最關鍵的結果就是驗證了m=0分量的耦合參數與m=±1分量的耦合參數之比是普適性的。同時我們通過選擇合適的光場失諧,實現(xiàn)了將s波Feshbach共振先點與p波Feshbach共振點的重合。我們直接測量了在周期性驅動的自旋軌道耦合的超冷費米氣體中Floquet能帶色散。利用自旋注入射頻譜,通過快速的調制拉曼光的頻率,我們觀察到了二維自旋軌道耦合的狄拉克點會交替出現(xiàn)在能量較小兩個能帶或者能量較大的兩個能帶。這個結果說明我們實現(xiàn)了Floquet能帶的拓撲改變。我們的工作為研究基礎的Floquet物理以及構造新奇拓撲量子物質提供了一個強有力工具。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：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。因為我們可以任意的調節(jié)光的空間形態(tài)，同時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，我們可以將應用拓展到很多方面，例如：黑洞的模擬[33,34]、控制孤立子的產生[35]、研究 BEC 的塌縮[36]等。另外一個有趣的應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，從而獨立的調控多個散射長度。這樣來看，光學Feshbach 共振可調控的參數要遠遠多于磁場 Feshbach 共振。

能量-動量色散圖。（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量的相互作用，是物理系統(tǒng)中普遍存在的一個物理現(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[42-43]、拓撲絕緣態(tài)[44-46]、拓撲超導體[47]、Majorana 費米子[48]、自旋電子學[49]、量子計算[50]等。由于超冷原子系統(tǒng)的高度可控性，為科學家提供了一個完美的平臺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動，其屬性已經由給定的材料所決定，不可調控。而對于超冷原子系統(tǒng)，“材料的參數”是可以調控配置的，科學家可以根據需求，通過改變光場的參數配置，從而人為的調控自旋軌道耦合。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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

相關博士學位論文 前3條

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

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

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

本文編號：2722387