强相互作用费米气体的输运行为

Non-equilibrium researches in cold atom physics has become one of the frontiers in modern physics. Physicists can realize many non-equilibrium investigation that can not be conducted in the traditional material physics. Cold atom physics has its own novel matter states and new detection technologies, meanwhile the extreme clearness and high controllability also generate new possibilities to the non-equilibrium researches. Recently, a series of experiments on the transport properties of strongly interacting Fermi gases have attracted attentions from both experimentalists and theorists. Many anomalous phenomena and questions arise in this area. This proposal will focus on the theoretical studies of the transport properties of strongly interacting Fermi gases, including particle transport, spin transport, coherent transport and heat transport. We will investigate the anomalous phenomena observed in experiments and also explore the theoretical development in the non-equilibrium researches of strongly interacting quantum gases.

最近冷原子体系中的非平衡研究成为一个热点，物理学家可以在冷原子体系中实现许多材料物理中无法实现的非平衡研究。冷原子体系有许多新颖物态和丰富的实验探测手段，同时它高度清洁性和可控性也为非平衡研究带来便利。比如通过快速改变实验参数来研究体系的演化行为，构建各种形状的输运通道等等。最近一系列关于强相互作用费米气体的输运实验引起了实验和理论学家的关注，发现了许多有待解决的问题。本申请项目将对强相互作用费米气体的输运行为进行理论研究，包括粒子输运、热输运、自旋输运和超流体相干输运等。解决实验中观测到的反常现象，也通过非平衡研究来探索强相互作用体系特有的理论难题。

随着最近十几年冷原子实验技术的进步，输运行为以及其他非平衡行为成为冷原子领域的一个研究热点。本项目主要关注强相互作用费米气体的输运行为。冷原子气体的相互作用强度可以通过Feshbach共振技术调节，在强相互作用区域费米气体展现出许多新的性质。我们的研究项目详细研究了该体系的粒子输运、自旋输运、热输运，超流输运、有耗散情况下的输运行为，以及其他一些非平衡现象，比如混沌行为，取得丰富的研究成果。. 本研究项目的重要成果包括以下几个方面：（1），在热输运的研究子课题中，我们的计算为2018年苏黎世理工的实验小组观测到的疑难提供了一个理论解释，此外，我们的计算表明在强相互作用区域系统的热电优值相比弱相互作用区域有很大的增强，其中预配对库伯对的存在起到关键作用，该结论对在材料物理中寻找更好的热电材料提供了启示，具有重要科学意义；（2），在自旋轨道耦合费米气体的粒子和自旋输运行为的研究中，我们试图在冷原子体系中探索材料物理实验中的一个长期的疑难“0.7反常”，我们的结论是“0.7反常”不可能单纯的由自旋轨道耦合效应诱导出来，这是对该长期疑难的一个有益的探索；（3），在自旋轨道耦合冷原子气体的约瑟夫森效应的研究中我们预言了一种新的相-随时间移动的条纹相，这样的新的物态可以运用于量子精密测量中；（4）,在强相互作用费米气体的混沌行为的研究中我们利用多体场论计算了体系的Lyapunov指数，该结果证实了最近的一个物理猜想-具有标度不变性的体系的Lyapunov指数接近于一个普适的上限2πk_B T/ℏ；（5），我们在冷原子体系中构建了一个量子开关，该理论研究在量子器件之间的交互上具有潜在应用。. 综上所述，我们的研究成果对现有实验观测到的疑难给出了合理的理论解释，同时我们也为未来的一些理论和实验研究方向给出了启示，最后，我们的成果在量子精密测量和量子电路的构建中都会有潜在的应用。