相干控制双阱中自旋轨道耦合冷原子的量子隧穿

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利用周期驱动操控冷原子一直是科研工作者的研究热点。激光技术的迅速发展,对实验上操控冷原子隧穿动力学提供了有效的实验手段。2011年玻色-爱因斯坦凝聚体自旋轨道耦合(SOC)的实验实现为模拟凝聚态物理提供了一个崭新的平台。近十年来,许多新奇的量子隧穿动力学现象已经在自旋轨道耦合冷原子系统中被理论和实验所揭示。然而,对非厄米自旋轨道耦合冷原子系统量子隧穿的相干控制以及寻求厄米自旋轨道耦合冷原子系统精确解的研究还很少。因此,本论文主要研究周期驱动作用下非厄米自旋轨道耦合冷原子系统量子隧穿的稳定操控以及厄米自旋轨道耦合冷原子系统的精确控制。本论文的结构及主要内容如下:第一章我们简要介绍了自旋轨道耦合的类型、自旋轨道耦合冷原子的实验实现、周期驱动下一些有趣的量子隧穿现象以及非厄米量子系统。第二章我们研究了在非厄米自旋轨道耦合冷原子双阱系统中如何应用周期驱动稳定操控自旋输运。利用高频近似,我们解析地得到了该非厄米驱动系统的Floquet态、准能量以及非Floquet态。通过稳定性分析,我们发现系统的稳定性取决于有效耦合参数与增益-耗散系数之间的竞争和平衡。通过分别考虑双阱间增益-耗散的平衡和不平衡,我们系统地探索了周期性驱动参数、自旋轨道耦合强度以及耗散系数对系统自旋稳定隧穿的影响。在增益-耗散平衡的情况下,发现了稳定的广义拉比振荡,并且随着增益耗散强度的增加,稳定的自旋翻转隧穿被优先抑制。当塞曼磁场强度与周期驱动频率比值(?)/ω为偶数时,可能出现连续稳定的参数区域。然而当(?)/ω为奇数时,只有离散的稳定参数区域被发现。在增益和耗散不平衡的情况下,无论(?)/ω是奇数还是偶数,我们都得到了稳定的自旋隧穿存在的参数平衡条件。研究结果可用于控制非厄米自旋轨道耦合冷原子系统中稳定自旋输运的实验。第三章我们提出了一种简单的同步和异步联合调制的方法,通过应用几个常见的初等函数得到了双阱中自旋轨道耦合冷原子系统的精确解。在同步组合调制下,我们得到了精确的类定态,并得到了一些有趣的物理现象,如隧穿相干破坏(CDT)、选择性隧穿相干破坏(SCDT)、具有自旋翻转和/或自旋不翻转的任意布居转移(APT)和完全布居反演(CPI)。在异步组合调制下,通过解析和数值的方法实现了具有自旋翻转的任意布居反演(API)。该研究结果对精确量子纠缠态的制备具有重要意义。第四章我们对全文进行了总结,并对自旋轨道耦合冷原子系统以后的研究提出了展望。
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