自旋相關(guān)外勢中兩分量玻色

1、槍文發(fā)表尊家 自旋相關(guān)外勢中兩分量玻色一愛因斯坦凝聚體的新奇渦旋相【摘要】：兩分量玻色-愛因斯坦凝聚體在旋轉(zhuǎn)或自旋軌道耦合作用下 表現(xiàn)出豐富的基態(tài)結(jié)構(gòu)。與自旋相關(guān)的物理量如自旋交換相互作用、 自旋軌道耦合等在玻色-愛因斯坦凝聚體的基態(tài)結(jié)構(gòu)形成方面起了關(guān) 鍵重要的作用。本文研究當實空間外勢或規(guī)范磁場也是自旋相關(guān)的情 況下，兩分量玻色-愛因斯坦凝聚體所表現(xiàn)出來的豐富的基態(tài)渦旋結(jié) 構(gòu)。首先，我們研究了自旋相關(guān)光晶格中旋轉(zhuǎn)兩分量玻色-愛因斯坦凝 聚體的基態(tài)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)由半量子化渦旋組成的直的渦面可以在這 一系統(tǒng)中穩(wěn)定地存在。同時我們觀察到當通過渦面時超流速度所表現(xiàn) 出的不連續(xù)躍變行為，并分別從數(shù)值和

2、解析兩方面對這一行為作了定 量描述。在贗自旋表象中，我們研究了旋轉(zhuǎn)對自旋疇壁的影響,發(fā)現(xiàn)自 旋疇壁對旋轉(zhuǎn)的響應是形成空間周期性的“眼眉狀”自旋紋理。我們預 言這一“眼眉狀”自旋紋理普遍存在于相分離的旋轉(zhuǎn)兩分量玻色-愛因 斯坦凝聚體的界面上。在外部擾動下，我們觀察到系統(tǒng)表現(xiàn)出許多有 趣的動力學行為,包括渦旋沿渦面的集體運動、自旋波沿疇壁的傳播 以及局部自旋進動等。其次，我們研究了自旋相關(guān)光晶格中自旋軌道 耦合的兩分量玻色-愛因斯坦凝聚體的基態(tài)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)自旋相關(guān) 光晶格和自旋軌道耦合的競爭導致了豐富的基態(tài)結(jié)構(gòu)相圖。我們證明 自旋軌道耦合將兩分量玻色-愛因斯坦凝聚體的基態(tài)相位差鎖定在 士丸-2，

3、從而打破了自旋沿x-y平面的旋轉(zhuǎn)對稱性,將自旋疇壁的類型限 定在了布洛赫壁。當自旋軌道耦合足夠強時，在自旋相關(guān)的光晶格中論文發(fā)表尊家自發(fā)產(chǎn)生了穩(wěn)定的渦旋晶格結(jié)構(gòu)，并在贗自旋表象表現(xiàn)為周期性的半 子對自旋紋理。這一研究結(jié)果表明：在自旋軌道耦合的系統(tǒng)中，可以 不借助旋轉(zhuǎn)而通過設(shè)計合適外勢的辦法來產(chǎn)生各種穩(wěn)定的拓撲晶格 結(jié)構(gòu)，如渦旋晶格和周期性自旋紋理等。我們的研究加深了對自旋軌 道耦合現(xiàn)象的理解，并為在自旋軌道耦合的系統(tǒng)中產(chǎn)生和操控新奇量 子態(tài)提供了一個新的思路。最后，我們研究了自旋相關(guān)規(guī)范磁場中兩 分量玻色-愛因斯坦凝聚體的渦旋晶格結(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)由于兩分量凝 聚體所感受到的規(guī)范磁場強度的不同，系

4、統(tǒng)的基態(tài)表現(xiàn)為各種新奇的 渦旋晶格，如多量子化渦旋晶格、二聚渦旋晶格、三聚渦旋晶格、渦 旋泡晶格以及單雙量子化渦旋共存的渦旋晶格等。我們說明不同的磁 場強度比將導致不同的渦旋晶格結(jié)構(gòu)。我們同時指出在磁場強度比固 定的情況下,自旋交換相互作用與密度-密度相互作用之比c2/c0對 渦旋晶格結(jié)構(gòu)起關(guān)鍵重要的影響。另外，我們發(fā)現(xiàn)在同時固定磁場比 和c2/c0的情況下,絕對磁場強度的變化也會改變系統(tǒng)的渦旋晶格結(jié) 構(gòu)。【關(guān)鍵詞】：玻色-愛因斯坦凝聚渦旋渦旋晶格疇壁自旋紋理【學位授予單位】：山西大學【學位級別】：博士【學位授予年份】：2013【分類號】：O469【目錄】：中文摘要10-12ABSTRACT1

5、2-14第一章緒論14-50第一 節(jié)研究背景14-271.1.1玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)14-161.1.2渦旋 16-211.1.3疇壁21-231.1.4自旋紋理23-27第二節(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與斑文投表尊家 動態(tài)27-391.2.1BEC中的渦旋相27-341.2.2自旋相關(guān)的光晶格 34-361.2.3自旋軌道耦合的BEC的基態(tài)性質(zhì)36-39第三節(jié)本課題研究 的目的和意義39-421.3.1本課題研究的目的39-411.3.2本課題研究的 意義41-42參考文獻42-50第二章理論基礎(chǔ)和數(shù)值計算方法50-60第 一節(jié) GROSS-PITAEVSKII平均場理論50-542.1.1模型

6、的導出 50-512.1.2二維約化51-522.1.3無量綱化52-532.1.4有效相互作用強 度53-54第二節(jié)數(shù)值計算方法54-592.2.1虛時演化法542.2.2時間劈 裂傅里葉譜方法54-562.2.3向前向后歐拉傅里葉譜方法56-59參考文 獻59-60第三章自旋相關(guān)光晶格中旋轉(zhuǎn)兩分量BEC的新奇渦旋相 60-82第一節(jié)引言60-62第二節(jié)自旋相關(guān)光晶格中的BEC62-633.2.1 物理模型62-633.2.2實驗方案63第三節(jié)渦面63-683.3.1渦旋分布規(guī) 律63-663.3.2超流速度行為66-68第四節(jié)自旋疇壁與自旋紋理 68-723.4.1贗自旋表象683.4.2

7、自旋疇壁對旋轉(zhuǎn)的響應68-703.4.3“眼眉 狀”自旋紋理70-72第五節(jié)自旋紋理操控72-74第六節(jié)外部擾動下的動 力學行為74-77第七節(jié)小結(jié)77-79參考文獻79-82第四章自旋相關(guān)光 晶格中自旋軌道耦合的BEC82-98第一節(jié)引言82-83第二節(jié)單粒子能 帶結(jié)構(gòu)83-86第三節(jié)平均場相圖86-88第四節(jié)自旋疇壁對自旋軌道耦 合的響應88-90第五節(jié)半子對晶格90-91第六節(jié)實驗方案91第七節(jié) 小結(jié)91-93參考文獻93-98第五章自旋相關(guān)規(guī)范磁場中兩分量BEC的 新奇渦旋晶格98-112第一節(jié)引言98-99第二節(jié)托馬斯-費米近似 99-102第三節(jié)新奇的渦旋晶格102-1075.3.1磁場強度之比為2： 1的 情況102-1045.3.2磁場強度之比為3： 1的情況104-1065.3.3磁場強斑文發(fā)表尊家 度之比為3： 2的情況106-107第四節(jié)小結(jié)107-109參