空间局域自旋轨道耦合玻色—爱因斯坦凝聚的的动力学
发布时间：2021-03-17 18:51
1995年,JILA的实验小组第一次在实验上使用稀薄原子气体87Rb成功实现了玻色-爱因斯坦凝聚体。自此之后,随着实验技术的飞跃,超冷原子气体玻色-爱因斯坦凝聚因为其参数高度的可调性和高操控度,在近些年来成为了进行量子模拟、量子操控的重要试验平台。其中,超冷原子对自旋轨道耦合效应的模拟弥补了固体材料中自旋轨道耦合难以调控的缺点,为探测更多新奇的物理现象提供了可能。本文讨论了局域拉曼光引发的局域自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚系统的基态性质及部分动力学性质。首先,本文简要介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的相关热力学性质,以及实现稀薄原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的实验方法等等。第二,本文介绍了自旋轨道耦合的基本性质,以及在玻色爱因斯坦凝聚中实现自旋轨道耦合效应的理论与实验方法。从而进一步介绍了平均场多体作用下自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚的单粒子色散谱物理以及基态性质,并通过数值计算进行了相关模拟。最终研究了局域自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚体系中的基态性质,其基态特性同空间均匀自旋轨道耦合系统中一致,存在有条纹相、平面波相、零动量相三种基态,但有趣的是,所有的粒子将在无任何外部势...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同温度下的热的布罗意波长变化[1]，由上而下分别对应着越来越低的温度，可以看到热德布罗意波长也随之逐渐增加
上海大学硕士学位论文1.1.4玻色-爱因斯坦凝聚的平均场原理与Gross-Pitaevskii方程对于一个超冷原子构成的玻色-爱因斯坦凝聚体系，原子的相互作用将起到至关重要的作用，因为在一个BEC体系中，原子之间的距离往往很近，这导致原子之间的相互作用也将非常大。实验中之所以将碱金属原子制备成稀薄的原子气体来实现BEC，也是主要考虑的原子间相互作用的结果。在稀薄气体制备而成的BEC中，由于温度很低，原子的内部原子势远远小于它们的德布罗意波长，因此原子的相互作用将变得很弱，这时我们在处理不同原子间相互作用时可以只考虑s波散射。通常以as为S波散射长度。当as为正时，原子间相互作用是排斥的，反之是吸引的。当我们想要调节BEC体系中的相互作用强度时，Feshbach共振是一种十分行之有效的工具。它可以使的散射长度的值超过原子间隔，从而达到在很大区间内调节相互作用强度的结果（图1.3）。图1.3:Feshbach共振的双通道模型[2]当一个系统内的粒子数很多时，用理论方法进行描述将十分复杂，粒子间的相互作用也因为牵扯到多体相互作用而变得难以求解。此时平均场理论就显得十分重要。对于稀薄玻色气体而言，最早利用利用平均场近似来对其进行描述的基本方法是由前苏联科学家Pitaevskii和另一位科学家EugeneP.Gross在1947年独立6
上海大学硕士学位论文图2.1:自旋轨道耦合现象的半经典模型。其中，灰色圆球为在参考系中静止的电子，绿色圆球为绕电子做圆周运动的带正电的原子核，B为原子核运动时产生的磁常其中，e是原子核的电荷量，T是原子核绕电子转动的周期，v是原子核转动速度，R是原子核转动半径，此时原子核转动产生的电流引发的磁场为B=μ0I2R(2.2)上式中μ0为真空磁导率。代入公式(2.1)，并由于原子核在周围产生的电场为E=e4πε0R2,所以有B=μ0ε0vE(2.3)其中ε0为真空介电常数，由c=1/√μ0ε0，上式可整理为B=vEc2=v×Ec2(2.4)等式最右侧为磁场矢量形式。代入E=r·E/r=r·rU(r)/er，p=mev，L=r×p，磁场可表示为B=1meec21rU(r)rL(2.5)其中U(r)是电子在中心电场中感受到的电势能，p是电子的轨道动量，me是电子质量，L是电子的轨道角动量。从式中可以看出，电子感受到的磁场与其轨道角动量同向。我们知道，电子自转的磁偶极矩为S=gsμBSˉh(2.6)12
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻色-爱因斯坦凝聚的物理实现及其应用展望[J]. 王晓辉,李义民,王义遒. 物理. 1998(01)
[2]自由电子颤动的双波函数描述[J]. 刘全慧,王鑫. 湖南大学学报(自然科学版). 1995(03)
[3]NEW SUGGESTION TO DESCRIBE THE RADIATION ATOMS[J]. 黄湘友. Science in China,Ser.A. 1988(09)
本文编号：3087550
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同温度下的热的布罗意波长变化[1]，由上而下分别对应着越来越低的温度，可以看到热德布罗意波长也随之逐渐增加
上海大学硕士学位论文1.1.4玻色-爱因斯坦凝聚的平均场原理与Gross-Pitaevskii方程对于一个超冷原子构成的玻色-爱因斯坦凝聚体系，原子的相互作用将起到至关重要的作用，因为在一个BEC体系中，原子之间的距离往往很近，这导致原子之间的相互作用也将非常大。实验中之所以将碱金属原子制备成稀薄的原子气体来实现BEC，也是主要考虑的原子间相互作用的结果。在稀薄气体制备而成的BEC中，由于温度很低，原子的内部原子势远远小于它们的德布罗意波长，因此原子的相互作用将变得很弱，这时我们在处理不同原子间相互作用时可以只考虑s波散射。通常以as为S波散射长度。当as为正时，原子间相互作用是排斥的，反之是吸引的。当我们想要调节BEC体系中的相互作用强度时，Feshbach共振是一种十分行之有效的工具。它可以使的散射长度的值超过原子间隔，从而达到在很大区间内调节相互作用强度的结果（图1.3）。图1.3:Feshbach共振的双通道模型[2]当一个系统内的粒子数很多时，用理论方法进行描述将十分复杂，粒子间的相互作用也因为牵扯到多体相互作用而变得难以求解。此时平均场理论就显得十分重要。对于稀薄玻色气体而言，最早利用利用平均场近似来对其进行描述的基本方法是由前苏联科学家Pitaevskii和另一位科学家EugeneP.Gross在1947年独立6
上海大学硕士学位论文图2.1:自旋轨道耦合现象的半经典模型。其中，灰色圆球为在参考系中静止的电子，绿色圆球为绕电子做圆周运动的带正电的原子核，B为原子核运动时产生的磁常其中，e是原子核的电荷量，T是原子核绕电子转动的周期，v是原子核转动速度，R是原子核转动半径，此时原子核转动产生的电流引发的磁场为B=μ0I2R(2.2)上式中μ0为真空磁导率。代入公式(2.1)，并由于原子核在周围产生的电场为E=e4πε0R2,所以有B=μ0ε0vE(2.3)其中ε0为真空介电常数，由c=1/√μ0ε0，上式可整理为B=vEc2=v×Ec2(2.4)等式最右侧为磁场矢量形式。代入E=r·E/r=r·rU(r)/er，p=mev，L=r×p，磁场可表示为B=1meec21rU(r)rL(2.5)其中U(r)是电子在中心电场中感受到的电势能，p是电子的轨道动量，me是电子质量，L是电子的轨道角动量。从式中可以看出，电子感受到的磁场与其轨道角动量同向。我们知道，电子自转的磁偶极矩为S=gsμBSˉh(2.6)12
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻色-爱因斯坦凝聚的物理实现及其应用展望[J]. 王晓辉,李义民,王义遒. 物理. 1998(01)
[2]自由电子颤动的双波函数描述[J]. 刘全慧,王鑫. 湖南大学学报(自然科学版). 1995(03)
[3]NEW SUGGESTION TO DESCRIBE THE RADIATION ATOMS[J]. 黄湘友. Science in China,Ser.A. 1988(09)
本文编号：3087550
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