偶极旋量玻色—爱因斯坦凝聚体中的耦合自旋涡旋对

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磁涡旋态由于其简单的拓扑结构以及丰富的动力学性质,在未来信息存储和通讯领域具有非常大的潜力。由于偶极相互作用强烈依赖外势的几何形状,能够将自旋自由度和轨道自由度耦合起来,其作用等效于一个有效磁场,使得原子自发地形成自旋涡旋态,类似于纳米磁性材料中的磁涡旋态。我们通过数值求解平均场近似下自旋1偶极旋量BEC的GP方程,研究系统在双势阱中的基态和磁性响应性质,得到两种不同的基态自旋涡旋对结构,并且通过实时演化研究其碰撞动力学和磁场淬火动力学,为实验提供依据。首先,我们研究自旋1偶极旋量BEC束缚在对称双势阱中的基态和磁性响应性质。我们主要研究自旋涡旋态,所以假设势阱在z方向被高度压缩。研究发现,由于双势阱的出现,产生了两种不同的自旋涡旋结构,即平行耦合涡旋对和反平行耦合涡旋对。我们还研究了耦合自旋涡旋对在横向静磁场下的磁响应,发现上下两层涡旋中心随磁场强度的增加而依次消失。其次,我们数值模拟了平均场理论下自旋1偶极旋量BEC系统中耦合自旋涡旋对的碰撞动力学和磁场淬火动力学。当系统制备到双势阱的基态后,突然撤掉双势阱,上下两层的涡旋开始碰撞,而且每次碰撞后两个涡旋的手征发生交换,其密度特征表明耦合平行涡旋对的碰撞是同相碰撞而耦合反平行涡旋对的碰撞是反相碰撞。当突然撤掉磁场后,单层凝聚体的涡旋中心开始做螺旋运动,它在x-y平面上的轨迹为椭圆,在y方向的投影为以固有频率和阻尼率衰减的阻尼振荡。自旋涡旋对的振荡模式可以通过初始磁场的强度以及高斯势垒的高度来调节,如平行涡旋对中两层涡旋的螺旋运动不同步,而反平行涡旋对中涡旋的运动轨迹为双螺旋结构,两层涡旋中心朝着相反的方向运动,但是振荡幅度相同。
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