环形势中自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚

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环形势中玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现,使得对该系统的研究成为超冷原子领域的热点方向之一。环形势特殊的几何结构和玻色-爱因斯坦凝聚的参数精准可控优势的结合,为人们研究超流、迟滞和原子器件等提供了优秀的量子模拟平台。然而,玻色-爱因斯坦凝聚中原子的电中性限制了人们利用其模拟凝聚态物理中和电荷相关的物理现象。人工规范场理论的提出及在玻色-爱因斯坦凝聚系统中的实验实现打破了这种局限性。光与原子的相互作用,使得原子具有类似电子行为的性质。在人工规范场理论中,自旋轨道耦合是最为重要的一种机制。此时粒子的自旋和轨道产生相互耦合,在自旋霍尔效应、拓扑绝缘体和自旋电子器件中至关重要。本文主要研究环形势中含自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚系统,着重分析了不同的自旋轨道耦合形式存在情况下对系统基态相图和动力学性质的影响。基于平均场理论来处理二维弱相互作用玻色-爱因斯坦凝聚;使用分步傅里叶方法来进行虚时间演化,从而在数值上得到系统的基态;通过对数值结果的分析,然后利用有效的准一维模型进行建模,对系统进行解析求解,揭示其物理本质。本文主要结果如下:首先研究了两组分Rashba自旋轨道耦合和Dresselhaus自旋轨道耦合共存时环形势中的玻色-爱因斯坦凝聚,发现这两种耦合的共存破坏了系统的旋转对称性,使基态存在倾斜分布的条纹相;基态动力学在径向和方位角方向都展现出有趣的周期性运动。其次研究了环形势玻色-爱因斯坦凝聚中三组分Rashba自旋轨道耦合,该系统基态存在沿方位角空间分离的偶数花瓣相和沿径向分离的持续流,证明了该系统具有旋转对称性;通过分析其对称性进一步验证了二维数值模拟结果和准一维模型的解析结果;发现可以通过调节自旋轨道耦合强度来操控花瓣相的花瓣数和持续流相的相位绕数。最后将拉曼诱导的自旋轨道耦合和自旋张量轨道耦合引入环形玻色-爱因斯坦凝聚中,发现其密度占据为独特的两瓣结构;二次塞曼位移的引入产生了更多有趣的条纹相。其二维数值模拟结果与哈密顿量所对应的色散关系结果相一致,通过分析两种自旋轨道耦合的对称性揭示了其背后的物理。
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