具有螺旋自旋轨道耦合BEC中条纹孤子与呼吸子

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Bose-Einstein凝聚体(BEC)由于其高度纯净性与精确可控性,是目前研究非线性物理和观测量子物态的理想平台。自旋轨道耦合(SOC)在超冷原子体系中条纹相、自旋霍尔效应等物理问题研究上发挥着重要作用,近年来备受非线性物理领域关注。随着SOC-BEC系统中条纹孤子的发现,超冷原子体系下局域波结构、动力学特性与物理机制等方面的研究成为当下非线性物理领域前沿课题。最近,有学者提出新型螺旋结构SOC,SOC螺旋性使该系统具有相较于传统SOC-BEC更为优越的操控性和灵活的调节性,并且诱发了新型局域波结构与独特的动力学特性。我们期望这种新系统中存在更丰富的非线性局域波结构,进一步认识SOC相关的物理参数对其动力学特性、物理机制带来的不同影响,从而加深对螺旋SOC-BEC中局域波激发的理解。在本学位论文中,我们研究了具有螺旋SOC项的Gross-Pitaevskii模型中的非线性局域波。该模型是一种不可积系统,我们通过规范变换和达布变换构造了多种局域波严格解析解,发现了四种新型条纹孤子和一类新型kink呼吸子。在严格解析解的基础上,探讨了螺旋SOC-BEC的耦合强度与螺旋周期两个物理参数对非线性局域波结构与动力学性质以及自旋极化等性质的影响。首先,我们发现并讨论了螺旋SOC-BEC中四类新型条纹孤子。根据速度与背景波差异,分为零背景/周期波背景静态条纹孤子、零背景/平面波背景运动条纹孤子,它们的自旋极化明确表现出SOC的螺旋性。而SOC的耦合强度对条纹的产生具有决定作用,其螺旋周期则直接影响条纹密度的具体分布。通过改变螺旋SOC的耦合强度与螺旋周期,可实现条纹孤子周期与条纹调制强度的灵活精确调控。此外,不同条纹孤子相互作用除了常见的隧穿、干涉现象,还有密度镜像反转、间距增大及条纹破碎等独特性质。其次,我们在螺旋SOC-BEC中发现了周期峰两侧具有明显背景差的新型kink呼吸子。研究表明,kink呼吸子的形状与kink幅度的大小亦可通过螺旋SOC的耦合强度与螺旋周期来调节。若kink呼吸子出现,则两组分的粒子数随时间周期振荡;用于交换的粒子数同样受螺旋SOC控制,并与kink幅度受螺旋SOC影响的趋势相似,当背景波数不变时,该相似性更趋一致,意味着kink幅度可控制呼吸子的振荡强度。本文在螺旋SOC-BEC中发现的多种新奇局域波结构,不仅为条纹相等重要新奇量子现象的实验观测提供了理论指导,而且为BEC中奇异局域波结构的探索提供了新的思路,加深了人们对SOC-BEC中局域波产生机制的理解。
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