周期性驱动调控二维自旋轨道耦合超冷费米气体的能带结构

Spin-Orbit Coupling (SOC) describes the interaction between the spin and momentum of particle, and plays the crucial role in studying fantastic topological materials. Because the effective SOC effect will greatly change the properties of cold atomic system, so scientist pay more attention to the topological properties in the ultracold atomic system in recent. So far, the research on topological system needs the strong spin orbit coupling effect, and the solid material has many limitations, so the research in the experiment is very difficult. However, many parameters of the cold atom system can be controlled, which makes the cold atom system an ideal platform for studying many interesting physical phenomena in condensed matter. Understanding and controlling the energy structure in two dimensional spin-orbit coupled ultracold atomic gases will provides a new method to observe and study new phenomena with topological structure. .In this project, we plan to use the new method with periodically modulating the detuning, strength and phase of the Raman laser, to study the nature of the periodically driven energy structure in two-dimensional spin-orbit coupled ultracold Fermi gases, and research some unique properties of topological quantum states in the system in spin-orbit coupled degenerate fermi gases through theories and experiments.

自旋－轨道耦合（SOC）描述的是粒子的自旋和动量间的内在耦合，在研究奇异的拓朴材料中扮演着极其要的角色。由于自旋－轨道耦合人造规范势会对冷原子系统的性质产生极大的改变，近年来拓朴超导体和拓朴绝缘体的研究促使在冷原子系统中更加关注该系统的拓朴性质。由于对拓朴系统的研究需要较强的自旋轨道耦合效应，并且固体材料存在许多自身限制，因而在实验中的研究存在很大的困难。但是对超冷原子系统来说，它的很多参数是可以控制的，这使得超冷原子系统成为研究凝聚态中许多有趣物理现象的理想平台。在超冷原子系统中理解和操控能带结构为我们观测其它许多新的拓朴现象提供了一个新的手段和方法。.在本项目中我们计划利用周期调制二维自旋－轨道耦合简并费米气体中的拉曼激光的失谐、强度以及相位等参数的方式来研究二维自旋轨道耦合超冷费米气体的能带结构的特性，进而结合理论与实验研究自旋轨道耦超冷原子合体系中拓扑量子态的一些独特性质。

最近在超冷中性原子中实现合成自旋轨道耦合为物理学家提供了一个崭新的工具来控制多体系统，并引领我们进入一个未被涉猎的新领域。由于超冷原子的可调性，为研究Floquet 物理提供了一个理想的平台。通过周期性驱动调控二维自旋轨道耦合超冷费米气体的能带结构并直接测量Floquet 能带和拓扑变化。对量子系统的周期驱动能够有效地改变能带甚至能够改变能带的拓扑性质，这将会为我们研究新的量子物质开辟一条新的途径，在更宽的范围研究奇异拓扑超流等许多模拟电子材料中的物理机质提供更加丰富的手段方法。同时，探索研究了利用激光偏振操控p波Feshbach共振的分波组份，进而可以调控p波Feshbach共振附近原子相互作用，并具有普适性。.项目的研究计划执行顺利，取得了系列有国际影响的研究成果，发表npj Quantum Information 1篇，Phys. Rev. Lett. 1篇，Phys. Rev. A 4篇，特别是山西大学与美国德克萨斯大学达拉斯分校的张传伟的理论研究组理论合作，完成了周期性调制二维自旋轨道耦合费米气体，该成果发表在Phys. Rev. A, 98,013615 (2018)上；与清华大学的翟荟的理论研究组和中国人民大学的张芃的理论研究组理论合作，完成了利用激光偏振操控p波Feshbach共振附近原子相互作用，该成果发表在Phys. Rev. A, 97, 012702 (2018)上；