隨著磁阱蒸發(fā)冷卻、高分辨成像、光晶格等技術(shù)近幾年的快速發(fā)展,超冷量子氣體成為了當(dāng)前進(jìn)行多體、少體量子物理研究的理想實(shí)驗(yàn)平臺。尤其是簡并費(fèi)米量子氣體,通過可控的Feshbach共振技術(shù),可以精確控制原子間的相互作用,可以實(shí)現(xiàn)從無相互作用到強(qiáng)相互作用的多體量子系統(tǒng),研究新奇的相變,實(shí)現(xiàn)雙原子的分子玻色愛因斯坦凝聚對到BCS庫伯對之間的渡越,從而可以模擬核物質(zhì)、凝聚態(tài)物理以及夸克膠子等離子體等。特別地,當(dāng)費(fèi)米氣體處于Feshbach共振時(shí),原子之間的散射長度趨于無窮大,為所謂的幺正區(qū)域,費(fèi)米氣體之間的相互作用不再依賴于原子之間的散射長度,僅與系統(tǒng)的能量相關(guān),系統(tǒng)除了原子之間的間距,不再具有其他特征長度,系統(tǒng)體現(xiàn)出標(biāo)度不變的對稱性,具有普適的熱力學(xué)特性。本論文主要是進(jìn)行強(qiáng)相互作用的~6Li超冷費(fèi)米氣體的動(dòng)力學(xué)研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由超高真空、大功率倍頻激光冷卻系統(tǒng)、超穩(wěn)定交叉偶極阱偶極俘獲系統(tǒng)、高精度的Feshbach共振磁場以及適用于高場成像的高分辨吸收成像系統(tǒng)構(gòu)成。在博士期間參與了超冷量子氣體精密控制的實(shí)驗(yàn)研究平臺的搭建,實(shí)現(xiàn)了費(fèi)米~6Li的量子簡并和分子的玻色愛因斯坦凝聚。實(shí)現(xiàn)了真空度10~-1212 Torr的超高真空系統(tǒng),有效地降低背景氣體碰撞帶來的原子損失與加熱,為超冷費(fèi)米氣體的制備提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境;針對~6Li原子的激光冷卻和俘獲的特點(diǎn),發(fā)展了一套基于激光注入、Raman放大以及內(nèi)腔倍頻技術(shù)的輸出功率2.5 W的大功率671nm激光器系統(tǒng),簡化了~6Li原子激光冷卻的實(shí)驗(yàn)裝置與操作過程,最終能夠獲取接近~6Li原子多普勒冷卻極限的大數(shù)目的冷原子;搭建了超穩(wěn)定交叉偶極阱偶極俘獲系統(tǒng),精確抑制了指向噪聲與功率噪聲,極大抑制了光場噪聲帶來的原子的加熱與損失,實(shí)現(xiàn)了~6Li冷原子的高效率裝載,原子的壽命可以達(dá)到近百秒;研制了一套高精度磁場系統(tǒng),磁場強(qiáng)度最高可達(dá)1500 G,通過電流控制和磁場探測反饋技術(shù)磁場穩(wěn)定精度約10 mG,可以精確操控原子間的相互作用強(qiáng)度,能夠覆蓋~6Li超冷費(fèi)米氣體的BEC與BCS全部區(qū)域;高分辨吸收成像系統(tǒng)結(jié)合光場拍頻鎖定技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)0-1500G磁場覆蓋區(qū)的~6Li超冷費(fèi)米氣體的成像探測,準(zhǔn)確的獲取原子氣體的信息。本論文主要聚焦于強(qiáng)相互作用的費(fèi)米~6Li量子氣體開展多體系統(tǒng)的非平衡動(dòng)力學(xué)以及有限時(shí)間的量子動(dòng)力學(xué)研究。~6Li原子標(biāo)度不變的多體量子系統(tǒng)中的Efimovian與Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)研究。根據(jù)幺正費(fèi)米氣體和無相互作用費(fèi)米氣體系統(tǒng)的標(biāo)度不變性,通過控制費(fèi)米量子氣體的外加諧振子勢阱頻率按照特定的時(shí)間函數(shù)變化,系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為體現(xiàn)為離散的時(shí)間和空間的標(biāo)度對稱性,這一非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)行為與玻色氣體中的三體Efimov效應(yīng)具有非常相似的數(shù)學(xué)表示方式,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該動(dòng)力學(xué)行為在標(biāo)度不變的系統(tǒng)中具有時(shí)間反演對稱性;在Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)膨脹過程中測量了原子團(tuán)的展開與時(shí)間成雙對數(shù)周期性關(guān)系,這一表現(xiàn)與費(fèi)米氣體中的Super-Efimov效應(yīng)的數(shù)學(xué)描述方式有一定的相似性。更重要的是Efimovian與Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)具有普適性,可以其他的標(biāo)度不變的系統(tǒng)中觀察到。強(qiáng)耦合多體量子系統(tǒng)中超絕熱有限時(shí)間熱力學(xué)研究。利用標(biāo)度不變的對稱性,極大的抑制了非平衡過程的量子耗散。根據(jù)強(qiáng)相互作用費(fèi)米氣體的動(dòng)力學(xué)演化,精確設(shè)計(jì)氣體的俘獲頻率,實(shí)現(xiàn)了幺正費(fèi)米氣體在不同平衡態(tài)間快速絕熱轉(zhuǎn)移,同時(shí)證明了無相互作用和強(qiáng)相互作用的費(fèi)米氣體可以服從同一個(gè)動(dòng)力學(xué)的演化規(guī)律。研究了低溫超冷強(qiáng)相互作用費(fèi)米氣體有限時(shí)間內(nèi)的膨脹和壓縮動(dòng)力學(xué),結(jié)合counterdiabatic驅(qū)動(dòng)技術(shù),極大的抑制了由于非平衡動(dòng)力學(xué)過程激發(fā)所產(chǎn)生的量子耗散,可以增加了多體系統(tǒng)的對外做功,研究了對外輸出功率波動(dòng)和有限時(shí)間的關(guān)系,證實(shí)了其受限于Heisenberg不確定原理。在高溫下,量子粘度系數(shù)對費(fèi)米氣體具有很大的影響。我們利用粘度流體動(dòng)力學(xué),研究了有限溫度下粘度系數(shù)在有限時(shí)間熱力學(xué)操控過程中的影響。研究發(fā)現(xiàn):對各向同性的費(fèi)米氣體粘度系數(shù)沒有影響,而各向異性的費(fèi)米氣體粘度系數(shù)增加了動(dòng)力學(xué)過程中的量子耗散。近共振光與~6Li超冷原子間相互作用研究。采用單光子探測技術(shù),精密測量了近共振光在~6Li超冷費(fèi)米氣體中傳播過程中D2線的吸收譜線,并統(tǒng)計(jì)了譜線的線寬隨原子密度及原子團(tuán)的光學(xué)吸收深度變化趨勢,發(fā)現(xiàn)譜線線寬與光學(xué)吸收深度之間的依賴關(guān)系并不符合經(jīng)典的洛倫茲-洛倫茨理論,而是與引入光場誘導(dǎo)的偶極―偶極相互作用修正的自增寬理論相符合。本論文主要研究了強(qiáng)相互作用的超冷~6Li費(fèi)米氣體,開展了標(biāo)度不變費(fèi)米氣體的Efimovian與Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)相互作用費(fèi)米氣體的有限時(shí)間量子熱力學(xué)研究以及近共振光與~6Li超冷費(fèi)米氣體相互作用的研究。研究結(jié)果呈現(xiàn)出新奇的動(dòng)力學(xué)特性,為多體物理非平衡動(dòng)力學(xué)以及多體量子熱機(jī)的研究打開了新的思路,具有示范性作用,為在高密度原子中開展的原子分子光物理的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用提供了有價(jià)值的參考。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O413;O414.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 簡并超冷費(fèi)米氣體
    1.2 超冷費(fèi)米氣體中的非平衡動(dòng)力學(xué)
    1.3 量子熱機(jī)與有限時(shí)間量子熱力學(xué)
    1.4 超冷量子氣體中的光和原子相互作用的研究與進(jìn)展
    1.5 論文結(jié)構(gòu)
第二章 Feshbach共振技術(shù)與BEC-BCS渡越區(qū)域
Li的基本性質(zhì)與Feshbach共振'>    2.1 6^Li的基本性質(zhì)與Feshbach共振
Li原子的基本性質(zhì)'>        2.1.1 6^Li原子的基本性質(zhì)
Li原子的Feshbach共振與蒸發(fā)冷卻'>        2.1.2 6^Li原子的Feshbach共振與蒸發(fā)冷卻
    2.2 BEC-BCS渡越區(qū)域基本物理與幺正費(fèi)米氣體
        2.2.1 BEC-BCS渡越區(qū)域
        2.2.2 S波散射理論
        2.2.3 幺正費(fèi)米氣體與標(biāo)度不變性
    2.3 本章小結(jié)
Li超冷費(fèi)米氣體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)'>第三章 6^Li超冷費(fèi)米氣體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
Li超冷費(fèi)米氣體的真空系統(tǒng)'>    3.1 6^Li超冷費(fèi)米氣體的真空系統(tǒng)
        3.1.1 原子加熱爐
        3.1.2 超高真空主腔體系統(tǒng)
    3.2 磁場系統(tǒng)及其鎖定控制
        3.2.1 塞曼減速磁場
        3.2.2 磁光阱磁場系統(tǒng)與6Li原子Feshbach共振磁場及其控制系統(tǒng)
Li超冷費(fèi)米氣體制備與探測的光路系統(tǒng)與激光穩(wěn)頻系統(tǒng)'>    3.3 6^Li超冷費(fèi)米氣體制備與探測的光路系統(tǒng)與激光穩(wěn)頻系統(tǒng)
Li冷原子的俘獲與冷卻激光及其穩(wěn)頻系統(tǒng)'>        3.3.1 6^Li冷原子的俘獲與冷卻激光及其穩(wěn)頻系統(tǒng)
        3.3.2 遠(yuǎn)失諧偶極阱光路系統(tǒng)
        3.3.3 成像系統(tǒng)光路及其激光器穩(wěn)頻技術(shù)
Li簡并費(fèi)米氣體與分子的玻色愛因斯坦凝聚實(shí)現(xiàn)'>    3.4 6^Li簡并費(fèi)米氣體與分子的玻色愛因斯坦凝聚實(shí)現(xiàn)
        3.4.1 蒸發(fā)冷卻
Li原子量子簡并'>        3.4.2 6^Li原子量子簡并
Li₂分子的玻色愛因斯坦凝聚實(shí)驗(yàn)'>        3.4.3 6^Li₂分子的玻色愛因斯坦凝聚實(shí)驗(yàn)
    3.5 超冷費(fèi)米氣體的偶極阱頻率測量
        3.5.1 參量共振模式頻率測量方法
        3.5.2 集體激發(fā)模式頻率測量方法
    3.6 本章小結(jié)
第四章 標(biāo)度不變簡并費(fèi)米氣體的Efimovian與 Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)研究
    4.1 超冷費(fèi)米氣體的膨脹動(dòng)力學(xué)理論
        4.1.1 無相互作用的超冷費(fèi)米氣體膨脹動(dòng)力學(xué)理論
        4.1.2 強(qiáng)相互作用費(fèi)米氣體的膨脹動(dòng)力學(xué)理論
    4.2 超冷費(fèi)米氣體中Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)研究
        4.2.1 超冷費(fèi)米氣體中的Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)理論
        4.2.2 超冷費(fèi)米氣體中的Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.3 超冷費(fèi)米氣體中Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)研究
        4.3.1 Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)理論
        4.3.2 Super-Efimovian非平衡膨脹動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 超冷費(fèi)米氣體的有限時(shí)間熱力學(xué)特性研究
    5.1 幺正費(fèi)米氣體的快速量子絕熱轉(zhuǎn)移研究
        5.1.1 幺正費(fèi)米氣體的快速量子絕熱轉(zhuǎn)移理論
        5.1.2 幺正費(fèi)米氣體中快速量子絕熱轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)研究
    5.2 幺正費(fèi)米氣體超絕熱有限時(shí)間量子熱力學(xué)研究
        5.2.1 無量子摩擦超絕熱有限時(shí)間的量子熱力學(xué)過程理論設(shè)計(jì)
        5.2.2 無量子摩擦超絕熱有限時(shí)間量子熱力學(xué)過程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.3 粘滯阻力對超絕熱有限時(shí)間熱力學(xué)過程的影響
        5.3.1 各向同性超絕熱有限時(shí)間熱力學(xué)控制方案設(shè)計(jì)
        5.3.2 粘滯阻力對超絕熱有限時(shí)間熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)操控的影響
    5.4 本章小結(jié)
Li超冷費(fèi)米氣體中傳播的實(shí)驗(yàn)與理論研究'>第六章 近共振光在6^Li超冷費(fèi)米氣體中傳播的實(shí)驗(yàn)與理論研究
    6.1 近共振光在介質(zhì)中傳播的理論
    6.2 近共振光在6Li超冷費(fèi)米氣體中傳播的實(shí)驗(yàn)研究
    6.3 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 研究工作總結(jié)
    7.2 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表文章目錄
致謝

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張曉霞;李志堅(jiān);;一維分離時(shí)間量子行走的拓?fù)涮匦匝芯縖J];山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

2 康元寶;;多維連續(xù)時(shí)間量子隨機(jī)游動(dòng)的It?公式[J];數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào);2016年04期

3 姜迅東;胡榮澤;;微觀粒子的量子攝動(dòng)理論[J];中國粉體技術(shù);2012年04期

4 劉頌豪,孟耀勇,劉承宜;生物光子特點(diǎn)及其可能的機(jī)制[J];激光與紅外;1997年02期

5 辜煒東,湯庸,王路幫,譚偉民;事務(wù)數(shù)據(jù)庫中的時(shí)態(tài)信息挖掘[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2004年18期

6 李鋒,薛琳娜,高榮發(fā);時(shí)空觀念的新突破[J];商洛師范專科學(xué)校學(xué)報(bào);2000年02期

7 李志堅(jiān);韓澤凱;;連續(xù)時(shí)間量子行走在粘接樹圖上的散射特性研究[J];山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

8 姜迅東;沈洪濤;胡榮澤;;氫原子的量子力學(xué)表征[J];中國粉體技術(shù);2009年05期

9 楊志勇,侯洵;再論時(shí)域的量子化及其物理本質(zhì)[J];光子學(xué)報(bào);1998年12期

10 薛曉舟;;論空間時(shí)間的量子觀念[J];自然辯證法研究;2006年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 刁鵬鵬;超冷費(fèi)米氣體有限時(shí)間量子熱力學(xué)研究[D];華東師范大學(xué);2019年

2 張偉偉;量子行走在分析物理系統(tǒng)的拓?fù)浜拖鄬φ撔再|(zhì)方面的應(yīng)用[D];北京郵電大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡楊熠;離散時(shí)間量子漫步的動(dòng)態(tài)演化[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 薛燕;分離時(shí)間量子行走的傳輸特性及吸收幾率研究[D];山西大學(xué);2018年

3 孫曉宇;分離時(shí)間量子行走的拓?fù)涮匦约盁o序下傳輸特性的研究[D];山西大學(xué);2018年

4 李鵬程;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的連續(xù)時(shí)間量子游走[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

5 徐永振;一維三態(tài)離散時(shí)間量子游走及其在聚類分析中應(yīng)用的研究[D];福建師范大學(xué);2016年

6 安志云;分離時(shí)間量子行走的恢復(fù)及無序下糾纏特性的研究[D];山西大學(xué);2017年

7 張曉霞;分離時(shí)間量子行走的拓?fù)涮匦匝芯縖D];山西大學(xué);2017年

8 韓澤凱;連續(xù)時(shí)間量子行走的動(dòng)力學(xué)演化與散射特性研究[D];山西大學(xué);2015年

9 王丹丹;量子行走的共振傳輸及拓?fù)涮匦匝芯縖D];山西大學(xué);2016年

10 盧向英;空間非齊次三態(tài)量子游蕩的平穩(wěn)測度[D];西北師范大學(xué);2016年

本文編號：2869631