量子调控旋量波色超冷原子气体中的自旋交换和偶极相互作用

旋量玻色超冷原子气体是一个崭新的量子自旋体系，具有非常丰富的量子自旋混和动力学现象，同时也有非常重要的实际应用，比如测量小范围内微弱的磁场。通过量子调控的方法来研究和控制旋量玻色气体中的自旋运动，是一个尚待开拓的新领域和交叉学科。本项目拟运用光学Feshbach共振或者施加微波脉冲的手段，人为地分别控制超冷旋量玻色气体中原子间的自旋交换相互作用和偶极相互作用，分别（或同时）压制或消除这两种相互作用的物理影响。利用这两种手段，我们将设计和优化量子调控旋量玻色气体中原子的自旋动力学的方案。通过量子调控分别压制（控制）原子间自旋交换和偶级相互作用，我们可以分离这两种交织在一起的物理效应，在物理上更深刻地理解每一种相互作用的效果和影响，为拓展体系的实际应用奠定理论基础；如果我们同时压制这两种相互作用，则可以提高利用旋量玻色凝聚体测量小范围微弱磁场的精度。

囚禁于光阱中的旋量玻色－爱因斯坦凝聚体（BEC），同时具有自旋交换和偶极相互作用，导致其自旋运动可能存在内在的动力学不稳定性，这种动力学不稳定性会导致在铷的旋量BEC中自发地出现自旋畴等空间结构。这种现象一方面影响了人们研究铷的旋量BEC中的偶极相互作用的效应，另一方面也降低了基于铷旋量BEC的微磁场计的测量灵敏度。..本项目首先利用光学Feshbach共振手段，设计周期性的量子调控方案，首次研究了旋量BEC中自旋运动的动力学局域化现象，并利用此现象抑制铷旋量BEC中的动力学不稳定性和自旋畴等空间结构的自发形成，最终增强凝聚体的自旋相干性。其次，我们利用改进的核磁共振中的动态退耦合射频脉冲序列（g-WAHUHA），独立地抑制旋量BEC中的偶极相互作用，从而进一步提高基于铷旋量BEC的微磁场计的灵敏度。最后，通过集成上面的两种量子调控方案，我们可以同时抑制自旋交换和偶极相互作用，最大限度地增强旋量BEC体系的量子相干性。..本项目不仅首次在理论上提出上述量子调控方案，同时在常见实验的条件下，通过大规模的数值模拟，验证了上述方案的可行性。我们的研究成果对于人们从实验上更细致地研究旋量BEC中的自旋相互作用和研发更高灵敏度的微磁场计，在理论上奠定了基础、指出了可行的途径。