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本文内容分为三部分。
在第一部分中作者主要研究了零温下的(T=0)势阱中自旋极化的偶极费米气体的基态以及相关的动力学的性质。在低温和低密度的情况下,气体分子间的短程相互作用具有各向同性的特征。刻画这种相互作用只需要一个参数,这就是分子间低能两体碰撞的s波的散射长度αs。对于带有偶极矩(电偶极矩或磁偶极矩)的气体分子来说另一种重要的相互作用来源于粒子之间的偶极相互作用。这是一种是长程且各项异性的相互作用。由于相互作用的长程和各向异性就使得这种超冷的偶极原子分子系统具有更加丰富的物理性质。更为有趣的情况是,当作者考虑自旋极化的偶极费米气体时,由于Pauli不相容原理,自旋极化的费米子间的两体碰撞的s波的散射长度αs为零,因而系统的短程碰撞相互作用可以忽略不计,这时系统的性质完全由偶极相互作用决定,因而与偶极相互用有关的性质在这个系统中体现得最为明显。
首先作者从体系的多体哈密顿量出发,在Hartree-Fock近似和经典极限下作者得到了系统关于其相空间分布函数f(r,p,t)的能量泛函。进一步作者在含时的Hartree-Fock近似和经典极限下作者得到了系统相空间分布函数f(r,p,t)随时间的演化方程。这构成了这部分的基本理论出发点。
作者通过最小化系统关于关于其相空间分布函数f(r,p)的能量泛函,得到系统的基态的相空间分布函数。进而在此基础上详细地研究了系统的基态性质和稳定性。作者指出依靠改变势阱形状来增加系统的稳定性是低效的。
根据系统相空间分布函数f(r,p,t)随时间的演化方程,作者详细研究了这个系统的两个重要的动力学过程,即:自由膨胀过程和塌缩过程。我们发现在偶极费米气体的自由膨胀的过程中,膨胀后的气体总是在偶极相互作用吸引的方向被拉伸。对于偶极费米气体的塌缩过程,作者发现系统并不会经历和偶极玻色气体一样的强烈的各向异性的塌缩过程。作者指出正是由于偶极费米气体中偶极交换相互作用的存在,阻止了系统塌缩过程中的强烈的各向异性的行为。
作为博士期间的工作的总结,第二和第三部分由另外两个已完成的研究工作构成。
在第二部分中,作者通过数值求解系统的Gross-Piteavskii方程,研究了处在均匀磁场中的自旋3铬原子BEC的基态性质。作者发现被广泛应用于研究这个系统的基态性质的单模近似的方法,在系统处于磁场中的情况下并不适用。特别是在某些系统参数的取值下,外加的磁场可以诱导类似于相分离的现象出现。作者指出了这种相分离现象的可能起因。
在第三部分中,作者研究了在无漏损介质存在的情况下,介质对∧-型三能级原子系综中光子的量子态的存储和传输的影响。在有介质的情况下,由于光子与介质原子的集体激发的耦合,它们会形成极化子。作者发现在某些情况下∧-型三能级原子系综和这种极化子也会有电磁诱导透明的现象出现。这样基于极化子与∧-型三能级原子系综的电磁诱导透明机制,作者发现即使是在有介质存在的情况下,∧-型三能级原子系综也可以用于光子态的量子存储。