分数排斥统计下低维相互作用量子气体的输运性质研究

Based on the previous work, this project aims to the study of fractional exclusion statistics and corresponding low-dimensional interacting quantum gas. In particular, the transport properties of a low-dimensional interacting quantum gas with spin-orbit coupling within fractional exclusion statistics will be investigated in detail. The thermodynamics, phase diagram, and the Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) state in low-dimensional interacting quantum gas have become the focus of theoretical and experimental attention. However, there is no perfect qualitative theory which can describe the low-dimensional interacting quantum gas well. This project focuses on the study of new physics in the thermodynamics and transport properties of a low-dimensional interacting quantum gas within fractional exclusion statistics, and it searches for a general method for dealing with the low-dimensional interacting quantum gas. Connecting the effective mass and equation of state with the transport properties at finite temperatures and particle densities, the study will be helpful to exploring and understanding the physics of quantum many-body systems.

基于前期工作，以分数排斥统计理论及低维相互作用量子气体为研究对象，深入研究考虑自旋轨道耦合效应时有限温度及有限密度下低维相互作用量子系统的输运性质。低维相互作用量子气体的热力学性质、零温和有限温度相图、相关的 Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) 态的寻找，是国际物理学界关注的重要学术问题，然而目前尚且没有一个很好的定性理论来揭示低维相互作用量子系统的物理。本项目研究分数排斥统计模型下低维相互作用量子系统的平衡态热力学及非平衡输运的新物理，探索处理相互作用量子气体的一般性方法。把有限温度及密度下的单粒子性质如有效质量和热力学问题如状态方程、基态能量等以及输运问题联系起来，深入理解相互作用物质量子多体物理的本质。

近年来，随着超冷原子气体实验和理论的迅速发展，超冷原子系统逐渐发展成为一个非常理想的量子模拟平台，可用于模拟各类凝聚态体系中复杂的相互作用，以及这些体系在极端条件下的各种物理特性，促进人们对被模拟系统中各类物理机制的理解与认识。在各类被模拟的物理特性之中，冷原子系统所特有的原子自旋-轨道耦合效应、原子超流、混合分波共存、短程强相互作用物理、普适性关系等得到越来越多的关注，成为实验和理论研究的热点。本项目以超冷费米原子气体为研究对象，具体研究了自旋-轨道耦合下二维三组份超冷费米原子气体的奇异超流特性，并发现了一个由系统自旋-轨道耦合效应与不同原子超精细态之间相互作用诱导出的 Fulde-Ferrell 超流态。接下来我们通过对一个自旋部分极化的费米原子系统中的混合分波共存效应的研究，发现了混合分波相互影响的多体物理现象。然后我们研究了一个准一维系统共振宽度的可调性，得到了一个从准一维系统到准二维系统渡越的物理。最后我们研究了一个相互作用费米体系在拉曼光缀饰的 Feshbach 共振点附近的高动量密度分布与热力学普适性关系，发现该系统的多体物理量是质心动量依赖的。本项目的上述研究结果将有助于人们更深入地理解、认识与研究量子多体系统的短程强相互作用的物理本质，以及冷原子系统所特有的各类效应中的物理机制。.本项目执行期间总共发表 SCI 论文5篇，包括2篇 Physical Review A，1篇 European Physical Journal D，1篇 Photonics Technology Letters，1篇 Optics Communications。