秦杰利[1]2017年在《旋量玻色—爱因斯坦凝聚体与微波相互作用中的磁局域场效应》文中研究表明原子玻色-爱因斯坦凝聚体在精密测量、量子模拟、量子信息以及量子计算等诸多领域都存在着重要的应用,是目前物理学中的一个热点研究课题。电磁场是对其进行相干操控的重要工具。在使用电磁场对玻色-爱因斯坦凝聚体进行操控的过程中,玻色-爱因斯坦凝聚体作为一种介质同时也会反过来对电磁波在其中的传播产生影响,即局域场效应。由于超冷原子气体极其稀薄,通常认为局域场效应很弱,可以忽略。但是最近的一些研究表明在考虑诸如玻色-爱因斯坦凝聚体在驻波光场中的衍射等问题的时候局域场效应会有非常重要的影响。目前对局域场效应的研究工作中考虑的主要是光与单分量玻色-爱因斯坦斯坦凝聚体之间通过电偶极跃迁相互作用的情况。在冷原子物理领域中另一个重要的研究对象为旋量玻色-爱因斯坦凝聚体。对旋量玻色-爱因斯坦凝聚体进行相干操控的一种重要工具为微波。微波与旋量原子气体之间主要通过磁偶极跃迁发生相互作用。这种相互作用过程中的局域场效应(为示区别,我们称之为"磁局域场效应",而将前述光与原子气体通过电偶极跃迁相互作用时的局域场效应称为"电局域场效应")目前尚没有引起人们的关注。本文中我们具体研究了自旋量子数为1/2的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体与微波通过磁偶极跃迁相互作用时的磁局域场效应,推导得出了系统满足的运动方程,我们发现该效应会同时诱导产生不同自旋态原子间等效的的长程相互作用与短程接触相互作用。以上述理论为基础,首先我们具体研究了一个简单的一维系统。我们的理论分析以及数值计算结果都表明磁局域场效应诱导的等效长程相互作用会引起系统的调制不稳定性,从而在系统中产生稳定的物质波-微波杂合亮孤子。当系统中存在强排斥接触相互作用时,我们用托马斯-费米近似方法构造了系统的解析解,结果表明任意强度的排斥接触相互作用都不会破坏孤子解。一个系统随着维度的增加,通常会呈现出更加丰富多彩的物理现象,所以紧接着我们进一步考虑了一个二维系统。在二维玻色-爱因斯坦凝聚系统中稳定的大拓扑数量子涡旋不仅具有重要的理论意义,同时还由于其在量子模拟、量子信息处理与存储等方面的潜在应用价值而被广泛研究。但是目前其产生仍然是一个尚未完全解决的难题(通常拓扑数大于1即不稳定)。我们的研究表明磁局域场效应诱导的等效长程相互作用可以在系统中产生稳定的亮孤子与亮孤子涡旋(数值验证了的最大拓扑数为5)。当系统中存在吸引接触相互作用且强度超过某一临界值后孤子和孤子涡旋会坍缩。在该临界强度以下,吸引接触相互作用较弱时孤子与孤子涡旋可以稳定演化,较强时孤子的形状会发生振荡,孤子涡旋则会发生分裂。孤子涡旋的稳定性近似与其拓扑数成正比——拓扑数越大越稳定。存在强排斥接触相互作用时,托马斯-费米近似结果表明孤子解不会被破坏。自旋-轨道耦合是指粒子的自旋自由度与其空间运动之间的相互作用。在冷原子物理领域目前可以采用拉曼散射的方法在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现等效的自旋-轨道耦合。最后我们还将磁局域场效应诱导的等效长程相互作用引入到这样的系统,研究了其中的孤子现象。通过数值以及变分方法我们发现系统中可以存在三种不同类型(普通、条纹、平面波)的孤子解,其中普通孤子与条纹可以稳定演化,而平面波孤子则会随着时间增加而逐渐偏离其初始位置运动起来。同时我们还发现相互作用会消除系统中原本存在的一个量子相变。我们的这些研究不仅有助于加深对旋量玻色-爱因斯坦凝聚体与微波相互作用系统的物理认识,同时所研究的孤子还有可能被用来实现物质波干涉仪与原子激光,用于精密测量领域;量子涡旋则在量子信息的处理与存储等方面存在着潜在的应用价值。最后,我们这里的研究还可以扩展到分子玻色-爱因斯坦凝聚体、简并费米原子气体与微波相互作用的情况。
吕丽花[2]2008年在《超冷原子体系中一些新奇量子现象的研究》文中研究指明玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),作为与许多物理分支交叉的研究领域,已经呈现出诸多备受关注的新奇量子现象,为人们在宏观尺度内研究量子现象提供了有效途径。本学位论文首先回顾BEC的重要实验进展,然后概述BEC的相关基础理论；接着分别详细介绍我们对旋转BEC及分子BEC中一些新奇量子现象的研究成果。在平均涡旋近似下,采用变分法研究了非简谐振子势下快速旋转BEC中一些与涡旋态有关的现象。研究结果很好地解释了实验中所呈现出的许多令人迷惑的新奇现象；同时,证明了在非简谐振子势下,快速旋转的BEC中能够形成带多个单位角动量的涡旋。首次研究了外加电场对快速旋转BEC的影响,发现外加电场会使体系的能量降低,从而会使体系变得更加稳定；同时,电场会使涡旋格点和粒子数密度分布发生平移。当体系的旋转频率接近于简谐振子的自然频率时,我们预期实验上也许可以探测到电场导致的粒子数密度分布平移。研究了光诱导的非阿贝尔规范势在冷原子中的效应。指出振幅随时间和空间变化的激光能够直接同时诱导非阿贝尔规范矢势和标势而不需要一投影过程。通过构造特殊的激光,在旋转BEC中诱导产生了不随时间变化且空间结构较简单的规范势；在该规范势下,对Landau能级的性质及旋转BEC的基态相图进行了研究,指出即使结构如此简单的规范势也能够使旋转BEC呈现出更加丰富的现象。研究了双原子体系中原子-分子转化的问题。对于玻色-费米混合物到分子的转化问题,以40K和87Rb组成的混合物为例,指出Feshbach共振协助的受激Raman绝热通道技术能有效地将玻色-费米混合物转化为分子而单纯的Feshbach共振技术则不能。对于处在不同自旋态上的费米混合物到分子的转化问题,发现对于6Li原子系统,Feshbach共振协助的受激Raman绝热通道技术要比单纯的Feshbach共振技术更有效,而对于40K原子系统,情况则恰好与6Li原子系统相反。指出通过引入相干布局数囚禁(CPT)态的保真度可有效刻画体系的绝热演化性质,并阐明原子-分子的转化率与体系绝热性之间的联系,揭示6Li原子-分子的转化率高而40K原子-分子的转化率低的原因。采用平均场近似下的单粒子密度矩阵方法,初步研究了双阱中部分相干玻色体系的动力学性质。在忽略粒子间相互作用时,通过解析的方法证明随相干度的减小Rabi振荡的振幅也会减小,当相干度为零时,Rabi振荡消失；在考虑粒子间相互作用的情况下,通过引入混合态的保真度刻画了体系的绝热演化性质,并采用数值计算的方法研究了部分相干BEC的基态的绝热演化问题。
陈超[3]2013年在《玻色—爱因斯坦凝聚体系相干性研究》文中进行了进一步梳理玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation，简称BEC）是玻色子在冷却到极低温度时宏观数量的粒子占据最低能态时所展现的奇特的量子现象。自从被理论预言后的几十年间，一直是科研工作者广泛关注的研究对向。尤其是BEC的实验成功实现为我们提供了一个更加广阔的研究平台。凝聚体的宏观量子效应，如超导约瑟夫森结、超流、自囚禁、宏观量子隧穿等现象为我们对微观量子世界的认识提供了更多的理论基础。我们可以利用BEC的宏观量子特性及相干特性，观测凝聚体的孤子、量子涡旋及干涉以及制造更加精密的原子干涉仪、原子钟等种种应用。在玻色-爱因斯坦凝聚的研究工作中，相干性研究是一项很重要的工作。本文的主要研究内容为凝聚体的相干性研究，并且利用相位相干性对BEC中非线性拉姆齐干涉现象进行了研究分析。第一部分，从微观量子角度以及热力学统计方法介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的形成以及实验实现过程，并对其相干性研究现状及其应用前景进行了简单介绍。第二部分，详细推导了本文工作中使用的理论基础-平均场模型以及量子经典对应方法。然后对双势阱体系中的相干度的动力学过程进行了讨论。第三部分，在平均场理论基础上研究了两分量凝聚体中的非线性拉姆齐干涉现象，数值模拟了不同系统参数下的拉姆齐干涉的图样，并对干涉图样的频率进行了细致的讨论。第四部分，对本文的工作进行了总结与展望。
郝亚江[4]2006年在《一维玻色多体系统的理论研究》文中研究说明玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)在碱金属原子气体中的实验实现激发了许多新的研究领域。从那时起,BEC就成为研究强关联系统的各种量子多体效应的的平台。本文在简要介绍一维玻色气体之后,对几个有趣的问题进行了研究。 首先,通过数值求解Gross-Pitaevskii方程,得到了BEC在对称双势阱和周期势中的低能宏观波函数,并且利用系统的基态(偶宇称)波函数和激发态(奇宇称)波函数,计算了基态的隧穿劈裂值。计算表明,精确数值方法和周期瞬子方法的结果是一致的。 其次,我们结合Lieb-Liniger模型的精确解和局域密度近似,得到修正的Gross-Pitaevskii理论,它可以准确描述自旋-1的玻色气体在不同相互作用区域的基态特性,本文用数值方法计算了旋量玻色气体的基态密度分布。无论是在弱相互作用区域还是强相互作用区域,不同组分的原子数目都与玻色气体的磁化率和磁性相关。当系统在Tonks区域时,密度分布表现出明显的费米类分布特性。但是,当自旋相互作用足够强时,密度分布不再是费米类的。同时,本文也对各向异性的自旋相互作用对基态密度分布的影响作了研究。铁磁性旋量玻色气体的基态分布会有相分离出现。 接下来,本文研究δ相互作用的N个玻色子在无限深方势阱中的基态。运用Bethe ansatz方法,我们得到系统在整个物理区域(从强吸引极限到Tonks极限)的精确基态解。在Tonks极限,密度分布显示出类似费米分布的行为;在强吸引相互作用极限下,玻色子形成Ⅳ原子束缚态。密度分布在整个物理区域表现出连续的行为。另外,两体关联函数表明随着相互作用常数的减小,玻色原子更容易聚集在狭小的区域。 最后,用含时规范变换理论,得到含时薛定鄂方程的精确解,研究了由两种超精细态原子构成的两组分BEC的纠缠动力学问题。对于不同的初态,包括SU(2)相干态,我们计算了在各种实验参数下系统的纠缠随
李冠强[5]2007年在《玻色—爱因斯坦凝聚体的集体激发及非线性动力学研究》文中研究表明玻色-爱因斯坦凝聚是近年来倍受人们关注的物理学前沿研究课题.它不仅提供了一个研究量子力学基本问题的宏观系统,而且在原子激光,精密测量,量子信息和量子计算等领域有着广阔的应用前景.玻色一爱因斯坦凝聚系统中内在的非线性以及与外场的相互作用,使其成为一个典型的非线性不可积系统。因而对这一宏观量子客体的认识是当前非线性动力学研究的主要任务之一。本论文在平均场理论的框架下以Gross-Pitaevskii方程为主要模型,讨论了囚禁在外势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的集体行为。论文的第一部分研究了在一个非简谐势阱V(x)=1/2(x~2+λx~4)中准一维玻色-爱因斯坦凝聚体的集体激发。运用变分法得到了准一维BEC的两个低能激发模,研究了阱的非简谐性对BEC集体激发的影响,发现当λ＞0时,两低能模频谱发生蓝移,当λ＜0时,两低能模频谱发生红移。同时,讨论了不同振幅的驱动激发下BEC的质量中心和宽度的变化,发现由于囚禁势阱的非简谐性,BEC两低能激发模会发生耦合,使宽度的变化产生谐拍。最后,展示了基于模耦合的集体振荡的塌缩和恢复现象。第二部分通过解析和数值相结合的方法,研究了两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的集体行为。首先,对两耦合G-P方程运用变分近似,推导了两凝聚体质量中心和宽度运动所满足的耦合微分方程。根据所得的解析结果,在参量激发下讨论了两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学。当组分之间的非线性相互作用很强时,高次谐振和非线性模式耦合被揭示了出来。接着,探索了两组分玻色-爱因斯坦凝聚体中的参数共振现象,解析上获得了由调制频率与组分之间相互作用决定的共振条件和共振区域。最后,讨论了如何借助于参数共振来诱导一些新的非线性拓扑结构的产生。论文的第三部分研究囚禁在光学晶格势阱中玻色凝聚体的稳定性和动力学演化。通过对G-P方程的解析分析和数值模拟,讨论了周期光学晶格势中凝聚体基态和涡旋态的径向稳定性。结果说明,在特定的参数区域中,存在着稳定的束缚或准束缚态,并且囚禁在环状光学晶格中的凝聚体比在普通的方形光学晶格中更稳定。另一方面,对于环状周期光学晶格中退局域化转变现象的研究表明,在方形光晶格势中,退局域化体现在凝聚体波包的快速扩展和波包振幅的快速减小,但是在环状周期光学晶格中,波包的退局域化速度减慢了,环状周期光学晶格势能有效抑制退局域化转变。这种现象所蕴含的物理机制类似于双势阱系统中凝聚体的自捕获现象。本文的工作不仅对于深入了解BEC的动力学特征,而且对研究BEC的实际应用都有一定的理论指导意义。同时,希望本文提出的理论预测能给将来的实验研究给予启发,也希望相应的理论结果能在实验中得到证实。
邓艳[6]2013年在《玻色—爱因斯坦凝聚系统中的混沌冲击波和涡旋》文中指出自从玻色-爱因斯坦凝聚现象在稀薄原子气体中实现以来,这个领域的相关研究引起了人们广泛的关注。玻色-爱因斯坦凝聚具有非常奇特的性质,不仅为量子理论的研究提供了一个可靠的宏观量子系统,而且在原子激光、量子计算、精密测量等领域有着非常光明的应用前景。近几十年来,玻色-爱因斯坦凝聚的理论和实验研究都取得了非常大的进展,关于玻色-爱因斯坦凝聚系统中的许多非线性结构在很多理论预测和实验实现上都进行了广泛的研究,比如暗孤子、亮孤子、塌缩波、涡旋、冲击波等等,这些都成为了研究的热点。本文以平均场理论框架下的Gross-Pitaevskii方程为主要模型,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨了不同外势中一维开放和二维玻色-爱因斯坦凝聚系统中冲击波和涡旋的动力学行为,得到了系统在一定参数条件下的精确解,并提出了抑制凝聚原子混沌运动,以及产生和控制涡旋运动的方法,得到了一些有意义的结论。全文共分为六章。第一章为绪论部分,简要介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现和相关概念,以及描述玻色-爱因斯坦凝聚体的平均场理论和Gross-Pitaevskii方程。从平均场理论出发,研究了玻色-爱因斯坦凝聚系统中混沌冲击波和涡旋的动力学特征。最后简要介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的应用前景及其研究意义。第二章,我们考虑非平衡热云对凝聚原子的补充效应,研究时间周期驱动的反谐振子势中一维开放和吸引的玻色-爱因斯坦凝聚系统。利用直接微扰法和定态Gross-Pitaevskii方程的精确冲击波解得到了系统的混沌微扰解和参数空间的Melnikov同宿混沌区域。基于解析分析和数值模拟的方法研究了补充强度对系统混沌运动的影响,发现调节补充强度可以抑制混沌的出现。对于固定边界的“不传播”冲击波,凝聚原子数随着补充强度的增加而快速地增加；而对于固定波前密度的亚稳态自由边界的冲击波,随着补充强度的增加,凝聚原子数非周期振荡地衰减。第三章,我们研究了时间周期驱动的二维简谐势或反谐势中玻色-爱因斯坦凝聚系统中的相位效应,得到了含时Gross-Pitaevskii方程描述冲击波行为的形式精确解。我们利用数值方法研究了原子密度的分布。发现当相位可分离变量时,原子密度呈圆对称分布,而当相位不可分离变量时,原子密度呈轴对称分布,从而发现了一种新的效应——趋轴效应。通过解析和数值的分析,发现混沌可以抑制解的逃逸,以及玻色爱因斯坦凝聚体的塌缩和爆破。我们的结果也为控制二维玻色-爱因斯坦凝聚体的方向输运提供了可行的方法。第四章,我们研究了周期驱动的二维光学晶格中玻色-爱因斯坦凝聚系统中涡旋的动力学行为,得到了一定参数区域下Gross-Pitaevskii方程精确的Floquet解,这个参数区域可以分为相跳变区域和相连续区域。当参数取在相跳变区域中,这个精确解可以描述多涡旋的时空演化。研究发现当驱动强度和光格高度比值较小时,随着时间的演化涡旋基本保持不动,呈均匀分布。随着该比值的增加,在等效力的作用下涡旋沿着一些固定的圆形轨道周期地靠近和分离,形成涡旋偶极子和涡旋四极子。当该比值超过某一临界值时,涡旋周期性地出现和消失。当参数取在相连续区域中,精确Floquet态中的凝聚体周期地演化,但没有零密度点和涡旋特征。最后我们数值地研究了不同区域中该精确解的稳定性,发现在相跳变区域的大部分区间在小的初始微扰下该解都是稳定的,但是小的参数微扰会导致该解稳定性的失去。在相跳变区域的一个小的子区域,该解是不稳定的。然而,在相连续区域不管是小的初始微扰或小的参数微扰该解始终是保持稳定的,即此时该解是结构稳定的。我们的结果为产生和控制涡旋的运动提供了一种有效的方法。第五章,我们研究了二维简谐振子势中相互作用与空间相关或无关的玻色-爱因斯坦凝聚系统中涡旋的动力学行为。发现通过设计不同的激光控制势可以得到不同形式的涡旋解,并研究了定态涡旋解和非定态涡旋解的分布以及涡旋核的运动轨道。对于精确的定态涡旋,其涡旋核都保持静止。然而,对于精确的非定态涡旋,我们发现其中有稳定的涡旋团簇,也有不稳定的涡旋团簇。当涡旋都沿着某一封闭的轨道周期性地运动,这意味着该涡旋团簇是稳定的。而对于不稳定的涡旋团簇,随着时间的演化,涡旋会周期性地出现和消失,或是运动到无穷远处,这意味着涡旋团簇是不稳定的。我们的结果为产生不同的涡旋结构提供了有效的方法。第六章,对本文的工作进行了总结与归纳,并对玻色-爱因斯坦凝聚体系统这一研究领域的发展前景作了简要的展望。
李明哲[7]2000年在《约束原子气体玻色—爱因斯坦凝聚的若干问题研究》文中提出科学家将相互作用很弱的碱金属原子气体约束在磁势阱中,通过激光冷却和蒸发冷却至零点几微K,终于在1995 年实现了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。外势的存在导致BEC 凝聚体的非均匀性,因此凝聚不仅是动量空间上的凝聚,而且存在于坐标空间。在BEC 凝聚体中,原子聚集在共同的单粒子基态,量子波函数互相迭加,原子的位相完全相同,因此完全失去个体的性质。所以BEC 凝聚体可视为宏观的量子相干气体。原子气体BEC 的实现为研究物质的相干性质和宏观物体的量子统计现象提供了前所未有的机会,而且由此可能实现的原子激光预计将有广泛的应用。1995 年以前研究的重点是在理论的指导下实现BEC。此后研究的重点是:BEC 凝聚体的性质,包括相干性质、涡漩、多组份的凝聚;互作用为吸引力的简并费米气体;利用BEC 凝聚体作为相干原子源,研究非线性原子光学;探索相干原子连续输出的藕合器,力求实现有效的原子激光。本文研究外势阱中原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的性质。着重分析外势形式、空间维数、粒子数有限及粒子间相互作用对转变温度及BEC 凝聚体性质的影响,揭示BEC的性质与这几个因素之间的普遍关系。通过了解各种不同外势对产生BEC 的影响可以从理论上探索对产生BEC 最为有利的外势形式,为实验提供一定的理论根据。探索粒子间相互作用,以及系统的粒子数有限对BEC 的转变温度及其性质的影响可以加深对BEC 现象的了解,以期为进一步控制和利用BEC 提供一些新的理论依据。第二章分析外势阱和空间维数对BEC 的影响。我们研究了任意空间维数下处于任意指数型外势约束中的无粒子间相互作用的系统,得到它的量子态密度的解析式。该解析式是相当普遍的,它包含了外势形式(特别是形状)、空间维数,以及粒子运动特性的所有有关信息。由于态密度在统计物理中的重要地位,我们可以据此考察外势阱、空间维数和粒子运动特性的作用。
于智先[8]2010年在《准二维费米气体的玻色—爱因斯坦凝聚》文中研究说明气态碱金属原子玻色-爱因斯坦凝聚的实现激发了人们对于超冷原子的研究热情,近年来超冷费米气体性质的研究引起人们极大的关注和兴趣。虽然两个全同费米子不能够同时占据相同的态,但是自旋为h的半整数倍的费米子配对从而具有玻色子性质的时候，费米子凝聚体仍然可以形成,同时费米子配对的空间尺度对于费米子凝聚体的性质具有非常大的影响。作为一个宏观量子体系,超冷费米气体除了自身带来的有趣问题外,它也有助于解决其他物理领域的许多强关联问题,例如高温超导的物理机制,并有可能开拓出检验和发展量子力学基本原理的新思路。本文首先对原子玻色-爱因斯坦凝聚的研究背景,相关的实验技术以及描述该体系的Gross-Pitaevskii方程作了简要介绍,分析了空间维数对凝聚体的影响并讨论了准二维条件下的Gross-Pitaevskii方程,并利用Crank-Nicolson算法对含时间的Gross-Pitaevskii方程进行了数值求解。第二章通过对费米凝聚体实验的描述,阐明了磁场Feshbach共振的基本思想,即通过外加磁场来调节原子间的相互作用强度,并讨论了BCS-BEC过渡过程的理论模型。第三章在平均场理论的基础上分析了两种描述准二维BCS-BEC过渡过程的哈密顿量,利用局域密度近似的方法计算了该体系的原子云尺度和粒子数密度。第四章对全文进行了简要的总结,并对该领域的前景进行了展望。
惠宁菊[9]2013年在《多分量超冷玻色系统的动力学和量子相变》文中进行了进一步梳理玻色-爱因斯坦凝聚态是一种宏观物质状态。自从实验上在稀薄碱金属原子气中实现了玻色-爱因斯坦凝聚态以来,这一宏观物质状态引起了人们的广泛关注。本论文主要讨论光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体系统的动力学稳定性和原子-分子转化系统的转化效率以及量子相变现象。本论文的主要内容如下：在第一章中,我们简要介绍原子玻色-爱因斯坦凝聚态的理论描述、实验步骤与研究进展,以及晶格玻色-爱因斯坦凝聚体系统和自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体系统。在第二章中,我们介绍分子玻色-爱因斯坦凝聚态,实现冷分子的直接冷却技术及实现超冷分子的间接冷却技术和光晶格中超冷分子系统。在第三章中,我们研究同时受时间周期势和恒定加速力调制的倾斜光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体系统的动力学稳定性问题。通过研究得到系统准能量的表达式和系统基态在参数空间中的稳定相图。通过对恒定加速力和时间周期势调制频率的比值为整数和非整数(有理数)两种情况进行分析发现,临界相互作用强度对时间周期势调制幅度表现出不同的依赖关系。得到的结果可以帮助实验物理学家根据需要确定合适的参数区域。在第四章中,我们研究磁晶格中原子-分子转化系统在平均场近似下的转化率问题。对于浅势阱情形,以双阱系统为例,我们给出原子-分子转化效率对跃迁强度和原子间相互作用强度的依赖关系。研究发现,通过适当调节跃迁强度和相互作用强度可以获得较高的原子-分子转化效率。对于深势阱情形,在同相位初态下,晶格的出现可以提高原子-分子转化效率。研究表明,磁晶格系统为实验上提高原子-分子转化效率提供了新的途径。在第五章中,我们研究了原子-分子转化系统的量子相变现象,其中原子可以在两个原子精细态间转变。在平均场近似下,我们给出系统从纯分子相到原子-分子混合相转变的相图。研究发现,相边界只依赖于原子转变强度和原子-分子能量失谐,而不依赖于原子间相互作用强度的大小。通过计算平均场近似下的第一激发态和基态的能隙以及基态的保真度,进一步确证了上述相边界。作为与平均场近似结果的比较,我们还用全量子的方法研究了体系的量子相变,此时相边界依赖于系统中的粒子数。通过分析能隙、保真率和纠缠熵对转变强度的一阶导数的有限尺寸标度行为发现,在系统粒子数无限大情形下,可得到与平均场近似下一致的相边界。研究首次表明,除了可以通过调节原子-分子能量失谐控制相变之外,实验物理学家还可以通过调节原子态间的转变强度来控制系统从纯分子相到原子-分子混合相的转变。最后,在第六章中,我们对上述工作进行简单的总结,并对未来研究作了进一步的展望。
周斌[10]2016年在《简谐势阱中理想玻色原子气体的密度分布》文中研究指明囚禁于谐振子势阱中的玻色原子气体,由于原子间的相互作用及外势参数的精确可控性,是进一步理解凝聚态物理模型、统计物理基本假设和非线性物理的重要实验平台。温度很低时,原子的物质波特性表现明显,因此在精密测量物理中有重要的应用前景。多模式Kaptiza-Dirac(K-D)[1]原子干涉仪是一种基于原子K-D相互作用的原子干涉仪,其实验实现需要对冷原子气体在不同温度的密度分布特性进行研究。为进一步理解这种干涉仪的测量精度和温度的关系,深入理解不同温度下玻色原子气体的密度分布函数就显得很有必要。本文从量子多体理论和量子统计物理出发,利用简谐势阱中单粒子模型的精确解与数值方法,计算了一维以及三维各向同性简谐势阱中不同温度下理想玻色原子气体的密度分布函数。首先,我们简要地介绍了超冷原子气体在深入理解凝聚态物理模型、精密测量物理等方面的进展。特别地,对简谐势阱中玻色原子气体在基态粒子占据数[2-3]和逸度Z[4]在临界温度附近随温度的变化行为的研究进行了较为详细的回顾。其次,我们从全同粒子多体理论出发,利用单粒子谐振子波函数的正交完备性,得到了玻色原子气体的约化单粒子密度分布函数的一般表达式。最后,在取定原子总数(本文采用为1000)条件下,我们分别对一维及三维各向同性简谐势阱中不同温度下玻色原子气体的单粒子密度分布函数进行了计算。一维情况下,当温度低于体系的临界温度(Tc)时,原子气体的密度分布在零点处明显变窄,表明一维体系下的玻色凝聚效应。另一方面,在临界温度附近,我们发现密度分布函数随温度的变化是连续变化。为理解高温下,原子气体密度分布函数的行为,我们计算了同样条件下满足玻尔兹曼分布的经典粒子密度分布函数。结果发现:低温时,两者相差较大;随着温度上升到大约40Tc时,两种密度分布逐渐趋于一致。三维情况下,在临界温度附近,我们看到了原子气体密度分布函数的明显变化,表明在三维简谐势阱下的玻色凝聚效应是一种相变。另一方面,我们将该结果和局域密度近似的计算结果进行了对比。结果发现:当温度低于临界温度时,局域密度近似的密度值整体偏大;在体系温度趋于0K时,两者计算的结果将趋于一致;当体系温度高于临界温度时,局域密度近似计算下的密度值将整体偏小。
参考文献：
[1]. 旋量玻色—爱因斯坦凝聚体与微波相互作用中的磁局域场效应[D]. 秦杰利. 华东师范大学. 2017
[2]. 超冷原子体系中一些新奇量子现象的研究[D]. 吕丽花. 浙江大学. 2008
[3]. 玻色—爱因斯坦凝聚体系相干性研究[D]. 陈超. 河北师范大学. 2013
[4]. 一维玻色多体系统的理论研究[D]. 郝亚江. 山西大学. 2006
[5]. 玻色—爱因斯坦凝聚体的集体激发及非线性动力学研究[D]. 李冠强. 西北师范大学. 2007
[6]. 玻色—爱因斯坦凝聚系统中的混沌冲击波和涡旋[D]. 邓艳. 湖南师范大学. 2013
[7]. 约束原子气体玻色—爱因斯坦凝聚的若干问题研究[D]. 李明哲. 厦门大学. 2000
[8]. 准二维费米气体的玻色—爱因斯坦凝聚[D]. 于智先. 青岛大学. 2010
[9]. 多分量超冷玻色系统的动力学和量子相变[D]. 惠宁菊. 浙江大学. 2013
[10]. 简谐势阱中理想玻色原子气体的密度分布[D]. 周斌. 山西大学. 2016
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