光腔中自旋轨道耦合玻色—约瑟夫森结的动力学研究

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玻色-爱因斯坦凝聚体与高精细单模Fabry-Pérot光学腔的耦合不仅拓宽了原有腔量子动力学的研究,而且为用超冷原子模拟约瑟夫森结的隧穿动力学和自囚禁行为提供了一个有效平台。超冷原子与光腔结合的这种原子腔体系在理论上得到了很多的研究,在量子信息处理、量子通信、量子态的制备和控制和量子非破坏测量等领域也得到了运用。双势阱中凝聚体原子运动和固体晶体中电子运动很相似,并且凝聚体具有超流性、相干性、宏观性等特性。所以利用凝聚体原子在光腔调制下来模拟超导约瑟夫森结效应是本论文的一个研究方向,并且本文通过相图对光腔中自旋玻色-约瑟夫森结(BJJ)的平均场动力学和原子约瑟夫森效应进行了理论探讨。1、首先我们考虑了凝聚体原子本身的自旋轨道耦合作用,然后再将含有自旋轨道耦合的BJJ与光腔耦合。通过海森堡运动方程和两模近似,我们推导出光腔中自旋轨道耦合BJJ的哈密顿量以及平均场动力学方程。2、其次,根据自旋BJJ 0-相和π-相运动模式个数的不同,我们绘制出了自旋BJJ的相图,与以往不同的是我们不仅给出腔场参数之间的相图,还给出了自旋轨道耦合、自旋原子相互作用能与腔场参数之间相图。相图中共显示有五种0-相和π-相运动模式个数组合的区域,相比裸结情况多出了四种组合区域。通过相图中五种区域我们发现自旋轨道耦合强度、自旋弱原子间相互作用能、腔场的失谐量和驱动均可以增加BJJ系统能量的稳定点,增强原子的约瑟夫森效应;而腔场耗散的慢慢增加则会使系统能量稳定点减少。3、最后我们例举出相图中每个区域对应着的自旋BJJ等能量线图、结中自旋原子隧穿振荡图及运动轨迹图。并且通过腔中光子数的演化图可以来推断自旋BJJ中的自旋原子是处于约瑟夫森效应还是自囚禁状态。当自旋原子处于约瑟夫森效应时,腔中总自旋原子电流和净自旋原子电流,会随着初态的选择而变为零或两倍的自旋原子向上(下)电流密度。针对自旋原子运动轨迹,我们对自旋原子处于约瑟夫森隧穿效应时的量子混沌行为进行了初探。
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