對旋轉量子氣體的研究是凝聚態(tài)物理中的核心問題之一。通過旋轉框架或引入合成磁場都可以導致量子氣體的旋轉。以往的工作主要集中于研究超流態(tài)中產生的量子化渦旋。有關正常態(tài)熱力學性質的研究相對較少,值得特別關注。本論文基于解析和數值方法研究簡諧勢阱中旋轉理想玻色和費米氣體的熱力學性質,關注旋轉框架和合成磁場對玻色—愛因斯坦凝聚(BEC)相變溫度、磁化強度和粒子流等物理量的影響。通過將玻色與費米系統(tǒng)進行比較,加深人們對這兩種量子氣體的認識。全文的研究內容主要圍繞以下問題展開：首先,選取任意維簡諧勢阱中的理想玻色氣體為研究對象,計算了空間維度對BEC相變溫度和比熱的影響。發(fā)現二維系統(tǒng)的比熱隨溫度呈連續(xù)性變化,三維系統(tǒng)的比熱在BEC相變溫度點存在躍變,高溫極限下均趨于經典值。同時,還對冪函數勢阱中的玻色和費米氣體的熱力學性質進行了研究。其次,通過截斷求和近似修正了簡諧勢阱中旋轉理想玻色氣體的熱力學性質。截斷求和近似考慮了能級的量子化特性,克服了準經典近似的不足。結果表明,旋轉能夠破壞BEC,相對于合成磁場,旋轉框架下的BEC更容易遭到破壞。BEC相變溫度以下抗磁性明顯變強,這與超導理論相吻合。然后,對磁場和簡諧勢阱中荷電自旋-1玻色子的相變和磁性質進行了研究。發(fā)現自旋自由度和電荷自由度的競爭導致BEC相變溫度隨磁場的增大先略微上升后緩慢下降。隨著蘭德因子的增強,自旋-1玻色子展示了由抗磁性到順磁性的轉變,這完全不同于不考慮自旋的情況。接下來,討論了旋轉理想費米氣體的化學勢、磁化強度和費米流空間分布,并和傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)進行了比較。計算表明,旋轉費米氣體的磁化強度也存在類似于傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的德哈斯—范阿爾芬型振蕩。我們的研究結果對于利用旋轉冷原子氣體模擬磁場效應的實驗具有重要的借鑒意義。最后,對二維簡諧勢阱中的旋轉理想玻色和費米氣體的磁化強度和粒子流的振蕩進行了研究。發(fā)現磁化強度對旋轉的依賴清晰的反映在粒子流中,德哈斯—范阿爾芬型振蕩的出現是受約束費米系統(tǒng)的典型特征。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O414.1

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本文編號：1666462