【摘 要】
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近来玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)和量子简并费米气体中人工自旋轨道耦合的实验实现,为科研工作者研究奇特的量子现象和新颖的物态提供了一个理想的平台。迄今为止,大量关于自旋轨道耦合玻色气体的实验和理论研究聚焦于自旋轨道耦合的赝自旋-1/2 BECs的量子相。最近,人们在实验上实现了自旋轨道耦合的自旋-1铷原子的BECs,从而为探索自旋-1 BECs中的奇特物理性质打开了新的窗口。这些奇特的物理性质在
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近来玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)和量子简并费米气体中人工自旋轨道耦合的实验实现,为科研工作者研究奇特的量子现象和新颖的物态提供了一个理想的平台。迄今为止,大量关于自旋轨道耦合玻色气体的实验和理论研究聚焦于自旋轨道耦合的赝自旋-1/2 BECs的量子相。最近,人们在实验上实现了自旋轨道耦合的自旋-1铷原子的BECs,从而为探索自旋-1 BECs中的奇特物理性质打开了新的窗口。这些奇特的物理性质在赝自旋-1/2 BECs和电子材料中通常是没有的,原因是自旋-1 BECs体系中存在自旋交换相互作用、自旋轨道耦合(SOC)和其它参数的综合竞争。另一方面,具有磁偶极-偶极相互作用(DDI)的量子气体,特别是具有DDI的BECs,近年来在实验和理论上都吸引了大量的研究兴趣。含有DDI的旋量BECs的相关研究表明,短程自旋交换相互作用和长程各向异性DDI之间的相互影响能够导致丰富的拓扑缺陷、自旋纹理和自旋动力学。因此,研究SOC和DDI对旋量BECs的综合效应变得特别有趣,这一思想近期受到了物理学界广泛的关注。然而,关于自旋轨道耦合偶极旋量BECs的现有的研究主要是针对于非旋转情形。考虑到超流体最显著的特征之一是其对旋转的响应,为此我们研究旋转、SOC和DDI对旋转的谐振子势加四次方势的组合势阱(非谐势阱)中含有SOC的偶极自旋-1 BECs的基态结构和自旋纹理的组合效应。本文的主要工作如下:首先,研究了旋转的谐振子势加四次方势的组合势阱中具有Rashba自旋轨道耦合(SOC)和偶极-偶极相互作用(DDI)的自旋-1 BECs的拓扑缺陷和自旋结构。分析了 SOC,DDI和旋转对系统的基态相的组合效应。我们的研究结果表明,对于固定的旋转频率,可以通过调节SOC和DDI的大小来操控系统的结构相变。我们给出了一个以SOC强度和DDI强度作为变量的基态相图。研究表明,该系统展现出丰富的量子相,包括具有孤立密度峰(DPs)的涡旋串相、具有密度峰的三角(四角)涡旋晶格相、棋盘相以及具有隐涡旋和隐反涡旋的条纹相。对于给定的SOC强度和DDI强度,该系统能够展示出具有密度峰的五角涡旋晶格,具有密度峰的涡旋链,以及由多层显涡旋链、一个隐藏的巨涡旋和隐藏的涡旋项链组成的奇异拓扑结构,取决于旋转频率的大小。此外,该系统支持有趣的新颖的自旋纹理和斯格明子激发,例如反斯格明子对、反斯格明子-半反斯格明子(反斯格明子-反梅陇)簇态、斯格明子-反斯格明子晶格、斯格明子-反斯格明子簇态、斯格明子-反斯格明子-梅陇-反梅陇晶格、双层半反斯格明子项链以及复合的巨反斯格明子-反梅陇项链。其次,系统地研究了非谐势阱中旋转的SU(3)自旋轨道耦合偶极自旋-1铁磁BECs的基态性质和拓扑结构。详细分析了 SU(3)SOC、DDI和旋转对体系的基态性质和自旋纹理的影响。研究表明,当旋转频率较小时,SU(3)SOC和DDI对系统的基态结构有着显著的影响。若DDI固定,随着SU(3)SOC的增强,涡旋数量增加形成涡旋串,系统形成多层内外嵌套的三角涡旋晶格。若SU(3)SOC固定,随着DDI强度的增大,体系逐渐产生条纹相或者类似条纹相。当旋转频率较大时,在决定系统的基态结构的多个重要因素中,旋转效应占据主导地位。研究发现,随着旋转频率的增大,各组分中的涡旋数目逐渐增加,三个组分趋于相混合,各组分中心形成由隐涡旋(或隐藏的巨涡旋)和隐藏的涡旋项链(或纯粹的隐藏的涡旋项链)组成的复杂拓扑结构。再者,该体系展现出丰富奇特的自旋纹理和斯格明子激发,包括反斯格明子晶格、反斯格明子-半反斯格明子簇态、巨反斯格明子-半反斯格明子簇态、巨反斯格明子-反斯格明子-半反斯格明子簇态等。
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