人工规范场下光晶格中超冷原子气体的输运特性研究

At T=0, within the many body quantum theory and mean field theory, the energy spectrum, the instabilities, the coherence and the transportation properties of ultracold atoms induced by the interplay between the artificial gauge fields and the optical lattice, the atomic interactions and the disordered will be discussed. Our studies will give a clear proof of the interplay between the artificial gauge fields and the atomic interactions and the disorder optical lattices, provide a possible way for coherently controlling the matter waves, show some new quantum phenomena, and improve the theoretical methods for analyzing the quantum gases in optical lattices with artificial gauge fields. In addition to its potential application in quantum simulation, quantum computing and manipulation, the study of the superfluidity, the quantum phase transitions and the coherence of cold atoms in optical lattices with artificial gauge fields also provides an important route for answering some unresolved questions in theory of strongly correlated systems.

在绝对零温下,针对人工规范场作用下光晶格中的超冷原子气体,结合量子多体理论和平均场理论，利用解析分析和数值模拟，深入研究人工规范场与光晶格、原子间相互作用以及无序的关联特性及由此引起的能带特性、不稳定性、隧穿特性和相变特性,探讨虚拟规范场对光晶格中物质波相干性和输运特性的影响，为在光晶格中对物质波进行相干操控并实现可控输运提供依据，并有望揭示人工规范场作用下冷原子气体在光晶格中的一些新量子现象。在理论上发展分析人工规范场作用下光晶格中原子气体动力学特性的理论方法，揭示规范场与光晶格、原子相互作用以及无序耦合引起的相干－退相干机理，并获得系统发生各类相变的解析规律和临界条件。 人工规范场作用下光晶格中原子气体相变特性和相干特性的研究，不但对揭示强关联多体量子系统中若干复杂物理问题具有重要科学意义，而且在量子模拟、量子计算、量子调控等领域具有重要应用前景。

结合量子多体理论和平均场理论，利用解析分析和数值模拟，研究了人工规范场与光晶格、复杂原子间相互作用以及无序的关联特性及由此引起的各种新奇量子现象。对处于均匀人工磁场和自旋轨道耦合中的中性冷原子气体，通过分析人工磁场、自旋轨道耦合、囚禁势以及原子间相互作用对系统稳定性、相变特性、相干特性和隧穿特性的影响，从理论上解析地给出了中性原子回旋运动轨迹、偶极振荡模稳定存在的条件，并提出了实现自旋玻色气体选择性相干输运的方案；对非均匀人工磁场下的玻色原子气体，发现人工磁场的非均匀性与光晶格的耦合导致系统存在负折射现象和原子分束等新奇传播特性，为在光晶格中对物质波进行相干操控并实现可控输运提供了理论依据。进一步将上述研究推广到无序和长程偶极-偶极等复杂原子相互作用系统，分析了光晶格、无序、杂质和复杂原子长程相互作用耦合引起的能带特征、相干－退相干机理和非线性波激发，获得了系统发生各类相变的解析规律和临界条件。. 人工规范场作用下光晶格中原子气体相变特性和相干特性的研究，不但对揭示强关联多体量子系统中若干悬而未决的物理问题具有重要科学意义，而且在量子模拟、量子计算、量子调控以及新型量子器件等领域具有重要应用前景。