二维激子极化激元系统的非线性时空相干性研究
发布时间：2021-10-14 11:08
激子极化激元是半导体激子和微腔光子强耦合而形成的一种新的具有玻色子特性的准粒子。由于其小的有效质量和强的相互作用,理论上,可以在普通低温甚至室温下达到玻色爱因斯坦凝聚（BEC）。近几年以来,微腔激子极化激元成为凝聚态物理学中的一个研究热点,受到国内外学者的热切关注。对其研究已拓展到各种小量子系统,包括量子阱,薄膜,量子线和量子点等。众多基本物理问题均可依托微腔激子极化激元来研究,比如玻色爱因斯坦凝聚,超流,KPZ效应,涡旋等。涡旋属于二维系统的拓扑缺陷,在一定条件下顺时针和逆时针的涡旋会形成两两配对的束缚态,这称为Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相变。在本项研究研究中,我们考察了激子极化激元系统中的涡旋的动力学行为,以及由涡旋引起的BKT拓扑相变的性质。激子极化激元是半导体量子阱中的激子和微腔光子耦合后产生的一种半光半杂化态的准粒子,它构成了一种典型的带有外部驱动和内部耗散的非平衡量子流体,是一个很好的研究非平衡涡旋的平台。我们的理论研究基于Gross-Pitaevskii（GP）方程,同时考虑了外部驱动和内部耗散对系统的影响。我们用随机模拟方法...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的微腔结构[74-75]
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论5能量，则其寿命可以变长。另一方面，如图1.2(b)中两个分支对应了系统的两个新的本征态，也就是激子极化激元，其中每个本征态都是光子态和激子态的线性组合，其色散曲线在零波失附近区域有一个明显的下陷，表明微腔激子极化激元的有效质量非常轻，因此很容易实现玻色-爱因斯坦凝聚[43]。微腔激子极化激元是在冷原子之后第一个在实验上实现BEC凝聚的玻色粒子。微腔激子极化激元产生凝聚的临界温度能够达到几开，并且应该可以实现更高温度下的凝聚[46-47]，这是其它玻色子与之无法相比的。图1.2（a）该装置由一个或多个量子阱（QW）组成；（b）当在量子阱中时发生耦合时，激子和光子发生强耦合形成上、下极化激元（UP和LP）[82]。另外，微腔激子极化激元中的激子部分导致了很多微腔激子极化激元的动力学行为[61-64]和激子极化激元之间的相互作用[60]。正是因为这些激子极化激元的色散和非线性相互作用机制，人们才能够设计和实现光开关[66]和微腔光放大器[65]等应用。另一方面，激子极化激元能够实现许多基本物理现象，这也引起了人们的普遍关注，比如涡流[70,71]、玻色-爱因斯坦凝聚[67,68]、约瑟夫振荡和超流[69]的问题。因此，近十几年来，激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体方面的工作引起了人们的关注和研究热情。然而近期的理论研究发现，对于带有驱动和耗散的激子极化激元凝聚体，它的动力学性质由于受到强非线性效应的影响，使得凝聚体的空间和时间关联性质偏离了传统平衡态凝聚体的特征行为。对于一维激子极化激元系统，理论上已经证明它的时空相干性质具有Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程描述的非线性普适类的特征。对于二维激子极化激元系统，目前理论研究还相当有限，由于二维体系可能具有拓扑长?
上海师范大学硕士学位论文第3章非平衡两者涡旋态和相变18统上进行计算。我们从一个给定的初始均匀密度的波函数出发，先通过加钉扎势和回转相位场来引入一定数目的涡旋，随后移去钉扎势并以步长Δ=0.001做时间演化，其间相互作用强度保持固定（=10）。当经过105-106次迭代系统达到稳定状态并且涡旋数目不再变化后，我们开始取样或计算待测物理量。图3.1在三个不同的驱动下，正方形晶格中心形成的涡流分布：(a)0=0.2，(b)0=2.0，(c)0=5.0，其中=10.0。图3.1给出了0取3个不同值时候涡旋的模拟结果。我们看到，驱动改变会引起涡旋场形态的变化，随着驱动的增强，涡旋从同心环状变成了螺旋放射状。在0=0.2时，径向分量可以忽略不计，因此在图3.1(a)中可以看到典型的环形涡流模式。然而，对于相对较大的0，径向分量成为主导，参见图3.1(b)和(c)。这一行为与之前文献[122]中基于简化GGPE的计算结果一致。这种变化形成的物理原因来自连续性方程，在涡旋核心中，激子极化激元的密度受到抑制，导致激子极化激元辐射损失减少，而相互作用强度保持不变，结果使涡流形成了径向传播[132]。3.2双涡旋情况决定二维量子流体的相干特性的核心问题是相同极性和相反极性的涡旋之间的相互作用。在平衡时，涡旋和反涡旋之间的对数吸引力是它们在BKT温度以下能够结合的原因。涡旋的特征：（1）涡旋周围的相位旋转2的整数倍，（2）涡旋的密度在核心处为0。决定二维量子流体的相干特性的核心问题是正反涡旋之间的相互关联。为了研究这个问题，我们向系统中加入两个涡旋。加入第二个涡旋时第一个涡旋的相位分布肯定会受到影响，因此我们需要一个涡旋一个涡旋的添加。双涡旋系统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]双色光晶格势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的Landau-Zener隧穿行为[J]. 奚玉东,王登龙,佘彦超,王凤姣,丁建文. 物理学报. 2010(06)
博士论文
[1]玻色—爱因斯坦凝聚体中涡旋偶极子的动力学研究[D]. 杨国全.山西大学 2019
[2]自旋轨道耦合偶极冷原子气体的物性研究[D]. 陈光平.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2017
[3]两分量玻色—爱因斯坦凝聚体中的涡旋及自旋纹理[D]. 靳晶晶.山西大学 2014
[4]自旋相关外势中两分量玻色—爱因斯坦凝聚体的新奇涡旋相[D]. 韩伟.山西大学 2013
[5]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
[6]双阱中玻色—爱因斯坦凝聚体的规则与混沌运动[D]. 荣识广.湖南师范大学 2011
[7]超冷原子系统中的混沌、分叉与量子纠缠[D]. 谢琼涛.湖南师范大学 2006
硕士论文
[1]极化激元BEC中稳态暗孤子（船）的研究[D]. 蒋岩.吉林大学 2019
[2]激子极化激元玻色爱因斯坦凝聚中的孤子研究[D]. 董凤娇.吉林大学 2017
本文编号：3436038
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的微腔结构[74-75]
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论5能量，则其寿命可以变长。另一方面，如图1.2(b)中两个分支对应了系统的两个新的本征态，也就是激子极化激元，其中每个本征态都是光子态和激子态的线性组合，其色散曲线在零波失附近区域有一个明显的下陷，表明微腔激子极化激元的有效质量非常轻，因此很容易实现玻色-爱因斯坦凝聚[43]。微腔激子极化激元是在冷原子之后第一个在实验上实现BEC凝聚的玻色粒子。微腔激子极化激元产生凝聚的临界温度能够达到几开，并且应该可以实现更高温度下的凝聚[46-47]，这是其它玻色子与之无法相比的。图1.2（a）该装置由一个或多个量子阱（QW）组成；（b）当在量子阱中时发生耦合时，激子和光子发生强耦合形成上、下极化激元（UP和LP）[82]。另外，微腔激子极化激元中的激子部分导致了很多微腔激子极化激元的动力学行为[61-64]和激子极化激元之间的相互作用[60]。正是因为这些激子极化激元的色散和非线性相互作用机制，人们才能够设计和实现光开关[66]和微腔光放大器[65]等应用。另一方面，激子极化激元能够实现许多基本物理现象，这也引起了人们的普遍关注，比如涡流[70,71]、玻色-爱因斯坦凝聚[67,68]、约瑟夫振荡和超流[69]的问题。因此，近十几年来，激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体方面的工作引起了人们的关注和研究热情。然而近期的理论研究发现，对于带有驱动和耗散的激子极化激元凝聚体，它的动力学性质由于受到强非线性效应的影响，使得凝聚体的空间和时间关联性质偏离了传统平衡态凝聚体的特征行为。对于一维激子极化激元系统，理论上已经证明它的时空相干性质具有Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程描述的非线性普适类的特征。对于二维激子极化激元系统，目前理论研究还相当有限，由于二维体系可能具有拓扑长?
上海师范大学硕士学位论文第3章非平衡两者涡旋态和相变18统上进行计算。我们从一个给定的初始均匀密度的波函数出发，先通过加钉扎势和回转相位场来引入一定数目的涡旋，随后移去钉扎势并以步长Δ=0.001做时间演化，其间相互作用强度保持固定（=10）。当经过105-106次迭代系统达到稳定状态并且涡旋数目不再变化后，我们开始取样或计算待测物理量。图3.1在三个不同的驱动下，正方形晶格中心形成的涡流分布：(a)0=0.2，(b)0=2.0，(c)0=5.0，其中=10.0。图3.1给出了0取3个不同值时候涡旋的模拟结果。我们看到，驱动改变会引起涡旋场形态的变化，随着驱动的增强，涡旋从同心环状变成了螺旋放射状。在0=0.2时，径向分量可以忽略不计，因此在图3.1(a)中可以看到典型的环形涡流模式。然而，对于相对较大的0，径向分量成为主导，参见图3.1(b)和(c)。这一行为与之前文献[122]中基于简化GGPE的计算结果一致。这种变化形成的物理原因来自连续性方程，在涡旋核心中，激子极化激元的密度受到抑制，导致激子极化激元辐射损失减少，而相互作用强度保持不变，结果使涡流形成了径向传播[132]。3.2双涡旋情况决定二维量子流体的相干特性的核心问题是相同极性和相反极性的涡旋之间的相互作用。在平衡时，涡旋和反涡旋之间的对数吸引力是它们在BKT温度以下能够结合的原因。涡旋的特征：（1）涡旋周围的相位旋转2的整数倍，（2）涡旋的密度在核心处为0。决定二维量子流体的相干特性的核心问题是正反涡旋之间的相互关联。为了研究这个问题，我们向系统中加入两个涡旋。加入第二个涡旋时第一个涡旋的相位分布肯定会受到影响，因此我们需要一个涡旋一个涡旋的添加。双涡旋系统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]双色光晶格势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的Landau-Zener隧穿行为[J]. 奚玉东,王登龙,佘彦超,王凤姣,丁建文. 物理学报. 2010(06)
博士论文
[1]玻色—爱因斯坦凝聚体中涡旋偶极子的动力学研究[D]. 杨国全.山西大学 2019
[2]自旋轨道耦合偶极冷原子气体的物性研究[D]. 陈光平.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2017
[3]两分量玻色—爱因斯坦凝聚体中的涡旋及自旋纹理[D]. 靳晶晶.山西大学 2014
[4]自旋相关外势中两分量玻色—爱因斯坦凝聚体的新奇涡旋相[D]. 韩伟.山西大学 2013
[5]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
[6]双阱中玻色—爱因斯坦凝聚体的规则与混沌运动[D]. 荣识广.湖南师范大学 2011
[7]超冷原子系统中的混沌、分叉与量子纠缠[D]. 谢琼涛.湖南师范大学 2006
硕士论文
[1]极化激元BEC中稳态暗孤子（船）的研究[D]. 蒋岩.吉林大学 2019
[2]激子极化激元玻色爱因斯坦凝聚中的孤子研究[D]. 董凤娇.吉林大学 2017
本文编号：3436038
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3436038.html
