光晶格中超冷原子系綜的動力學(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)前一個熱點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)雜物理問題提供了一個理想模型。由于不存在任何雜質(zhì)和缺陷的特點和高可控性使得光晶格中的冷原子系綜成為一個良好工具，我們甚至可以用它去研究一些凝聚態(tài)物理中從來沒有的新奇的量子現(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)、控制和探測的研究將為BEC在量子計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僅僅處于開始階段。有許多科學(xué)問題有待解決。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)的長程相互作用的存在，其自旋動力學(xué)特性展現(xiàn)出更加豐富多彩的物理內(nèi)涵。另一方面，近年來隨著實驗上冷卻和囚禁具有較大磁偶極距的超冷原子氣體的

3、實現(xiàn)，磁偶極-偶極相互作用對超冷原子氣體動力學(xué)性質(zhì)的影響正逐漸成為理論和實驗上的一個熱點研究課題。與此同時，布洛赫振蕩這個固體物理中的基本現(xiàn)象在超冷原子體系中被觀測到以后，由于其比較窄的動量譜分布，被廣泛應(yīng)用于超高精密測量，如何提高其測量精度也是目前人們正面對的課題。
　　 本文針對以上兩個方面的問題展開深入研究。第一章簡述了激光冷卻原子技術(shù)和玻色-愛因斯坦凝聚的實現(xiàn)。第二章介紹了光晶格的實現(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)用平均場理論處理方法，對旋量BEC原子自旋鏈中的內(nèi)稟局域自旋波模進行了研究。數(shù)值分析了內(nèi)稟局域模的性質(zhì)以及其和長程耦合相互作用的關(guān)系。展現(xiàn)了長程相互作用在確定光晶格中自旋動力學(xué)方面的不可忽視的角色。同時也表明由于光晶格中原子之間長程偶極相互作用的存在，光晶格超冷原子系綜為研究格點系統(tǒng)中更為豐富自旋耦合動力學(xué)特性提供了一個理想的工具，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，詳細分析了磁偶極-偶極相互作用的傅里葉譜，得到了一個魔幻極化方向。這個方向上磁偶極-偶極相互作用對系統(tǒng)沒有貢獻。我們將這個魔幻極化方向應(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量中的精度的重要作用。第五章對研究作了概括性