外加规范场下旋量凝聚体量子现象的理论研究

项目名称： 外加规范场下旋量凝聚体量子现象的理论研究

项目编号： No.11274195

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 吕嵘

作者单位： 清华大学

项目金额： 80万元

中文摘要： 本项目着重于外加规范场下的旋量凝聚体的基态、低能激发，及其中的量子多粒子关联、自旋动力学和几何相位干涉现象的理论研究，揭示其中新的物理现象，为量子多体理论和基于冷原子体系的量子调控提供坚实的理论基础。 最近发展的基于光与原子相互作用的实验手段，可以在冷原子体系上附加外规范场，以造成人工合成的外电磁场或诱导出自旋-轨道耦合，为研究量子多体模型提供了可以精确调控的平台。本项目将针对旋量凝聚体丰富的自旋结构，考虑外加电磁场或自旋-轨道耦合引起的单粒子基态性质的显著改变，建立模型，有效地处理多粒子和自旋关联效应，并发展相关的数值计算方法，研究外规范场下旋量凝聚体中新奇的相，涡旋态的产生、调控和物理特性，自旋动力学行为、退相干机制和几何相位干涉现象，2维BKT转变，以及光晶格中自旋-轨道耦合引起的非s轨道能带所导致的基态和多粒子强关联性质等前沿问题。

中文关键词： 冷原子系统；外加规范场；自旋-轨道耦合；拓扑激发；光晶格

英文摘要： The proposal aims at presenting a systematic study on the exotic quantum phenomena of spinor condensates in synthetic gauge fields or with the spin-orbit coupling. A recent progress in cold atom physics is that an artificial external abelian or non-abelian gauge potential, or the induced spin-orbit coupling can be generated by engineering the atom-light interactions. These latest achievements have stimulated many studies in condensates in the abelian or non-abelian gauge fields, forming a very new and fast growing area of research that promises to host an even richer variety of exotic phenomena unknown previously in the condensed matter physics. In comparison to scalar ones, spinor condensates exhibit richer static and dynamic properties due to the internal spin degrees of freedom. The interplay between spin-orbit coupling and the unique phases and spin dynamic properties will lead to many new physics which have not been investigated before. In this proposal, we intend to address the following topics: 1) the ground-state phase diagrams, the collective excitations, and the atom-atom interactions in spin-orbit coupled spinor condensate; 2) the vortex structure and other topological excitations (such as skyrmion), and the pump scheme of vortex; 3) the BKT transition in 2D spin-orbit coupled condensates; 4) quantum

英文关键词： cold atom system；gauge fields；spin-orbital coupling；topological excitations；optical lattice