自旋轨道耦合量子气体在光晶格中稳定性与集体激发

We focus on the ultracold quantum gases in optical lattices exposed to artificial magnetic fields and spin-orbit coupling, within the many body quantum theory and mean field theory, the stabilities of ground states, the excitations of sound waves and the softening of phonon modes, the excitations and stabilities of nonlinear matter waves, the localization-delocalization transitions of the system induced by the coupling among the magnetic fields, especially the spin-orbit coupling, the optical lattice and the atomic interactions will be discussed theoretically and numerically. Our studies will reveal the effects of the artificial magnetic fields and the spin-orbit coupling on the dynamics of the system, obtain the evolution law, show some new quantum phenomena and provide a possible way for controlling the stabilities and collective excitations of quantum gases in optical lattices by employing the artificial magnetic fields and the spin-orbit coupling.

人工磁场和自旋轨道耦合作用下光晶格中超冷量子气体稳定性和集体激发以及由此引起的不同动力学特性研究是目前超冷原子分子领域前沿课题，对物质波的相干输运具有重要意义。本项目基于人工磁场和自旋轨道耦合下光晶格中的超冷量子气体，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方法，深入研究人工磁场、尤其是自旋轨道耦合与光晶格、原子相互作用之间的耦合特性及其诱导的原子动力学现象，分析人工磁场和自旋轨道耦合各向异性对光晶格中量子气体基态稳定性、声波激发与软化、非线性物质波激发与稳定性、局域-退局域等复杂动力学特性的影响，揭示人工磁场和自旋轨道耦合作用下量子气体的宏观动力学演化规律，获得利用人工磁场和自旋轨道耦合对光晶格中量子气体稳定性与集体激发进行操控的有效方法。

本项目基于人工磁场和自旋轨道耦合下光晶格中的超冷量子气体，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方法，重点研究了自旋轨道耦合、人工磁场作用下光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体基态相变、非线性能谱特性、自旋动力学、稳定性、超流特性、局域化特性等，获得了系统发生基态相变与不同动力学转变的临界行为。尤其获得了人工规范场作用下扩展玻色梯子系统的一些新基态和动力学相。同时，进一步开展了自旋轨道耦合、人工规范场下玻色-爱因斯坦凝聚在谐振势下声波激发与软化、塌缩不稳定性以及非线性物质波激发与稳定性等研究。大多数研究成果解析的给出了人工磁场和自旋轨道耦合作用下玻色爱因斯坦凝聚体的基态相变与宏观动力学演化规律，明确揭示了光晶格/谐振势、原子相互作用与自旋轨道耦合之间的竞争机理，在一定程度上为利用人工磁场和自旋轨道耦合对量子气体基态相变与动力学进行有效操控提供了理论依据。