超冷费米原子气体量子磁性的理论研究

冷费米原子气体为 研究相互作用的多体系统的量子磁性提供了一个新的平台。近一两年来，冷原子物理在这方面的最新发展主要涉及四个关于量子磁性的重要课题，它们是（1）导致巡游磁性的基本原因是什么？（2）超导和铁磁能否共存，如何共存？（3）反铁磁涨落是不是导致超导的另一种机制？（4）具有高对称性内部自由度的多体系统的磁性有什么新特点？本项目将紧密结合这些方向上冷原子物理实验研究的最新进展，结合原子分子系统的具体特点，综合利用各种在近年来凝聚态物理和多体理论研究中发展起来的处理强相互作用系统的非微扰的理论方法和各种数值模拟手段，场论分析方法，开展系统的理论研究工作；着重研究强关联效应和共振散射在巡游磁性中的作用；维度和相互作用对超导-铁磁共存态的影响；光晶格中冷费米子反铁磁态的物理实现和探测，以及具有高对称性内部自由度的多体系统的拓扑激发和新量子相变等重要的理论问题。

本课题围绕冷原子体系的磁性问题重点开展了两个方面的研究。围绕费米子配对和磁性共存这一问题，我们研究了窄共振附近的极化子问题，自旋-轨道耦合对费米超流的影响，以及偶极诱导共振附近的费米配对超流态。这三方面的研究分别说明共振宽度，自旋-轨道耦合作用和偶极诱导共振都有利于实现费米配对和磁性的共存。围绕高自旋原子的量子磁性问题，我们用对称性分类的方法研究了该体系的低能激发，并探讨了高自旋体系在自旋-轨道耦合作用下的独特量子态。项目执行的2011-2013年期间，标注项目资助的冷原子物理方面论文共19篇，其中包括Nature Physics一篇，Phys. Rev.Lett. 八篇。