有自旋轨道耦合的超冷费米气体中奇异超流相的研究

The recent experimental realization of synthetic spin-orbit coupling in ultracold atomic gases has greatly extended the horizon of quantum simulation in these systems. Here, we propose to study the various exotic superfluid phases in ultracold Fermi gases with different forms of spin-orbit coupling. We will investigate the properties and the stability regions of these interesting phases in trapped ultracold atomic gases of various dimensions. In particular, we will study the topological superfluid state in quasi-two-dimensional Fermi gases and will investigate the effects of dimensional crossover on these states. Based on these results, we may then propose new experimental detection schemes for the topological superfluid state and other exotic superfluid states in these systems. We will also develop a theoretical framework aiming to characterize fluctuations in the presence of spin-orbit coupling. Finally, we will characterize the properties of a spin-orbit coupled Fermi gas in a periodic optical lattice potential. Our studies will play an important role in the quantum simulation of exotic superfluid states in a spin-orbit coupled fermion system, which is under extensive research at the moment.

近年来超冷原子气体研究的重大进展之一是在实验上通过控制光场与原子内态的耦合在超冷原子气体中实现了人工规范势和自旋轨道耦合。这为超冷原子体系的量子仿真提供了全新的可能性。我们将研究具有不同形式自旋轨道耦合的超冷费米气体中可能存在的各种奇异超流相的性质及其稳定区间。基于这些特性，我们会进一步寻找这些奇异超流相的实验探测方案。同时，我们将刻画涨落对奇异超流相的影响，并考虑维度变化时体系中可能存在的拓扑相变。最后，我们还将研究超冷费米气体在自旋轨道耦合与周期性光晶格的共同作用下的性质。由于拓扑超流相及体系中其它可能存在的奇异超流相在量子计算及凝聚态物理上的巨大价值,在超冷原子体系中对这些奇异超流相的研究有着重要的理论意义和应用前景。

近年来超冷原子气体研究的重大进展之一是在实验上通过控制光场与原子内态的耦合在超冷原子气体中实现了人工规范势和自旋轨道耦合。这为超冷原子体系的量子模拟提供了全新的可能性。在本项目支持下，我们对有自旋轨道耦合的超冷费米气体中费米子配对机制，新奇量子相，杂质极化子问题等方面进行了系统的研究，取得了一系列成果。在三分量的费米体系中，我们发现了自旋轨道耦合及自旋依赖相互作用共同参与的新颖超流配对机制，并刻画了对应的新奇Fulde-Ferrell超流相的性质。我们研究了由高对称自旋轨道耦合诱导的稳定三体Borromean束缚态, 揭示了单粒子能谱对称性在少体物 理中起的关键作用。在腔与费米原子耦合的体系中，我们发现原子在长时极限下的稳态可以被腔场诱导的自旋轨道耦合作用驱动到一种新奇的拓扑超辐射态上。我们还研究了碱土族费米原子在光场诱导的自旋轨道耦合作用下出现的新奇拓扑超流序以及相互作用对称保护拓扑序。除此之外，我们还在有自旋轨道耦合的玻色气体，玻色费米混合气体，超冷原子动力学，具有高分波或者混合分波相互作用的量子气体，量子行走动力学等相关方向开展了研究。我们的研究成果为基于自旋轨道耦合费米气体的量子模拟提供了理论基础，拓展了对费米子超流配对机制的理解，也对在一般系统中探索更奇异的少体态和少体关联有重要启示。最后，由于拓扑超流相及体系中其它可能存在的奇异超流相在量子计算及凝聚态物理上的巨大价值, 我们的研究在这些方面也有重要的理论意义和应用前景。