光晶格中超冷原子系綜的動(dòng)力學(xué)性質(zhì).pdf

1、光晶格中超冷原子系綜的物理特性是冷原子物理這一新領(lǐng)域中的重要研究課題。這一研究之所以成為當(dāng)前一個(gè)熱點(diǎn)的主要原因是光晶格中的超冷原子系綜為模擬傳統(tǒng)凝聚體物理和固體物理中的復(fù)雜物理問(wèn)題提供了一個(gè)理想模型。由于不存在任何雜質(zhì)和缺陷的特點(diǎn)和高可控性使得光晶格中的冷原子系綜成為一個(gè)良好工具，我們甚至可以用它去研究一些凝聚態(tài)物理中從來(lái)沒(méi)有的新奇的量子現(xiàn)象。當(dāng)前有關(guān)光晶格中的超冷原子的研究涉及到許多方面。其中有兩個(gè)重要方面是我們感興趣的。一方面，光晶

2、格為研究超冷原子的磁學(xué)性質(zhì)和自旋相關(guān)動(dòng)力學(xué)提供了一種有效的研究工具，特別是光晶格中的自旋波激發(fā)、控制和探測(cè)的研究將為BEC在量子計(jì)算與量子信息處理等方面的應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)。然而目前這一方面的研究?jī)H僅處于開(kāi)始階段。有許多科學(xué)問(wèn)題有待解決。例如，與凝聚態(tài)物理中磁性晶格的自旋鏈模型相比較，光晶格中由于光誘導(dǎo)的長(zhǎng)程相互作用的存在，其自旋動(dòng)力學(xué)特性展現(xiàn)出更加豐富多彩的物理內(nèi)涵。另一方面，近年來(lái)隨著實(shí)驗(yàn)上冷卻和囚禁具有較大磁偶極距的超冷原子氣體的

3、實(shí)現(xiàn)，磁偶極-偶極相互作用對(duì)超冷原子氣體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響正逐漸成為理論和實(shí)驗(yàn)上的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。與此同時(shí)，布洛赫振蕩這個(gè)固體物理中的基本現(xiàn)象在超冷原子體系中被觀測(cè)到以后，由于其比較窄的動(dòng)量譜分布，被廣泛應(yīng)用于超高精密測(cè)量，如何提高其測(cè)量精度也是目前人們正面對(duì)的課題。
　　 本文針對(duì)以上兩個(gè)方面的問(wèn)題展開(kāi)深入研究。第一章簡(jiǎn)述了激光冷卻原子技術(shù)和玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的實(shí)現(xiàn)。第二章介紹了光晶格的實(shí)現(xiàn)、性質(zhì)以及光晶格中的旋量BEC和偶極

4、氣體的特性，為我們所要做的研究工作做好鋪墊。第三章應(yīng)用平均場(chǎng)理論處理方法，對(duì)旋量BEC原子自旋鏈中的內(nèi)稟局域自旋波模進(jìn)行了研究。數(shù)值分析了內(nèi)稟局域模的性質(zhì)以及其和長(zhǎng)程耦合相互作用的關(guān)系。展現(xiàn)了長(zhǎng)程相互作用在確定光晶格中自旋動(dòng)力學(xué)方面的不可忽視的角色。同時(shí)也表明由于光晶格中原子之間長(zhǎng)程偶極相互作用的存在，光晶格超冷原子系綜為研究格點(diǎn)系統(tǒng)中更為豐富自旋耦合動(dòng)力學(xué)特性提供了一個(gè)理想的工具，也為超冷原子向量子信息科學(xué)與凝聚態(tài)物理交叉領(lǐng)域的發(fā)展提

5、供了廣闊的前景。第四章研究了磁偶極-偶極相互作用對(duì)光晶格中超冷原子氣體的布洛赫振蕩的影響。我們首先推導(dǎo)出準(zhǔn)一維光晶格中偶極氣體的Gross-Pitaevskii方程，詳細(xì)分析了磁偶極-偶極相互作用的傅里葉譜，得到了一個(gè)魔幻極化方向。這個(gè)方向上磁偶極-偶極相互作用對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有貢獻(xiàn)。我們將這個(gè)魔幻極化方向應(yīng)用到超冷原子的布洛赫振蕩中，研究了這個(gè)極化方向?qū)μ岣咴酉稻C的相干性以及布洛赫振蕩在超高精密測(cè)量中的精度的重要作用。第五章對(duì)研究作了概括性