光晶格中超冷原子系綜的自旋波動力學(xué).pdf

1、近年來，對由駐波激光場構(gòu)成的冷原子微光學(xué)囚禁列陣(即原子光學(xué)晶格)的研究已成為冷原子物理和原子光學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點之一。光學(xué)晶格由于其不存在任何雜質(zhì)和缺陷的特點，為我們搞清楚諸如量子微粒(如冷原子等)在勢阱之間如何進行量子隧穿，噪聲和耗散是如何影響原子在勢阱之間的量子運輸以及量子和經(jīng)典之間的對應(yīng)關(guān)系等問題提供了理想的物理環(huán)境。另一方面，光學(xué)晶格中的玻色一愛因斯坦凝聚體(BEC)為研究超冷原子的磁學(xué)性質(zhì)和自旋相關(guān)動力學(xué)也提供了一種有效的研

2、究工具，特別是光學(xué)晶格中的自旋波激發(fā)、控制和探測的研究將為BEC在量子計算與量子信息處理等方面的應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)。然而目前這一方面的研究僅僅處于開始階段。有許多科學(xué)問題有待解決。例如，與凝聚態(tài)物理中磁性晶格的自旋鏈模型相比較，光晶格中由于光誘導(dǎo)的長程相互作用的存在，其自旋動力學(xué)特性展現(xiàn)出更加豐富多彩的物理內(nèi)涵。 本論文的中心目標(biāo)就是研究光晶格中長程偶極-偶極相互作用對BEC自旋波的動力學(xué)調(diào)制不穩(wěn)定性和內(nèi)稟局域模的影響。論文的第

3、一章簡述了激光冷卻原子技術(shù)和玻色-愛因斯坦凝聚的實現(xiàn)，同時介紹了光晶格的實現(xiàn)、性質(zhì)以及光晶格中的旋量BEC的特性。由于光晶格原子自旋鏈和固體物理磁性系統(tǒng)中的自旋鏈的相似性，緊接著在第二章中，我們對固體物理磁性系統(tǒng)中鐵磁自旋鏈中的自旋波的不穩(wěn)定性和內(nèi)稟局域模做了回顧，為我們所要做的研究工作做好鋪墊。 第三章應(yīng)用半經(jīng)典的方法，從BEC原子自旋鏈模型出發(fā)，用Holstein-Primarkoff變換方法得到了描述光晶格中非線性自旋波動

4、力學(xué)的哈密頓量，進而導(dǎo)出格點上相干自旋波激發(fā)的概率幅的運動方程。通過線性不穩(wěn)定性分析，我們得到了自旋波動力學(xué)調(diào)制不穩(wěn)定性的一般判據(jù)以及其對原子自旋的長程耦合的依賴關(guān)系。研究了長程相互作用對非線性相干自旋波調(diào)制不穩(wěn)定性的影響。 第四章應(yīng)用經(jīng)典的處理方法，對BEC原子自旋鏈中的內(nèi)稟局域模進行了研究。數(shù)值分析了內(nèi)稟局域模的性質(zhì)以及其和長程耦合相互作用的關(guān)系。再一次展現(xiàn)了長程相互作用在確定光晶格中自旋動力學(xué)方面的不可忽視的角色。同時也表