旋量玻色爱因斯坦凝聚体中新奇量子效应的研究

The spinor Bose-Einstein condensate (BEC), where the spin of the atoms is not frozen by the external potential, has the spin degree of freedom. The spinor BEC has extensive application prospects on the measurement of the weak magnetic field, simulation of the quantum system, etc, due to the introduction of the spin degree of freedom. This project bases on the latest development of the experiments on spinor BEC, and chooses the spin-1 and spin-2 BEC as the main investigated object. With the numerical simulation and theoretical analysis, we will focus on the following three subjects: (1) by considering the spin-orbit coupling and others, we study the exotic topological excitations as well as their stability in the spinor BEC. (2) by solving the stochastic projected Gross-Pitaevskii equation numerically, we investigate the non-equilibrium dynamics and the formation of topological defects in spinor BEC with the non-zero temperature, and we aim to discover some new physics and the mechanism. (3) we study the ground state and the topological excitation in the mixtures of the multi-component spinor BEC. This project will enhance our understanding of various exotic quantized excitations and their generating mechanism in the spinor BEC.

原子的自旋不被外场极化、而具有自旋自由度的玻色爱因斯坦凝聚体称为旋量玻色爱因斯坦凝聚体。由于其自旋自由度的引入，旋量玻色爱因斯坦凝聚体在弱磁场测量、量子模拟等领域具有广泛的应用前景。本项目根据当前旋量玻色爱因斯坦凝聚体实验研究的最新进展，选择自旋1、自旋2的旋量玻色爱因斯坦凝聚体为主要研究对象，通过理论分析和数值模拟等，拟集中开展以下三方面的研究（1）通过考虑自旋轨道耦合效应等，探索旋量玻色爱因斯坦凝聚体中的新奇拓扑激发以及研究其稳定性; (2)利用统计映射Gross-Pitaevskii方程，研究有限温度下旋量玻色爱因斯坦凝聚体的非平衡动力性质及拓扑缺陷的形成，发现新的物理现象和物理机制；（3）研究旋量玻色爱因斯坦凝聚体混合物的基态和拓扑激发。本项目将加深人们对旋量玻色爱因斯坦凝聚体中各种新颖量子激发以及其产生机理的认识。

原子的自旋不被外场极化、而具有自旋自由度的玻色爱因斯坦凝聚体称为旋量玻色爱因斯坦凝聚体。由于其自旋自由度的引入，旋量玻色爱因斯坦凝聚体在弱磁场测量、量子模拟等领域具有广泛的应用前景。本项目根据当前旋量玻色爱因斯坦凝聚体实验研究的最新进展，选择自旋1、自旋2的旋量玻色爱因斯坦凝聚体为主要研究对象，通过理论分析和数值模拟等，开展和完成了以下几方面的研究：（1）我们研究了快速旋转极速降温的旋量玻色爱因斯坦凝聚体中的拓扑激发［Acta Physica Sinica, 62 200306 (2013).］；（2）研究原子分子玻色爱因斯坦凝聚体，发现原子分子玻色-爱因斯坦凝聚体中可以出现重叠的原子分子涡旋，二氧化碳型原子分子涡旋，间隙分子涡旋等不同构型。研究还发现拉曼失谐可以控制原子分子涡旋的比率，并提供了拉曼失谐与原子分子相互作用下的涡旋相图[Sci. Rep. 4, 4224, (2014)]。（3）其次，我们首次提出产生自旋轨道耦合原子分子玻色爱因斯坦凝聚体的方案，我们从理论上建立了描述自旋原子分子玻色爱因斯坦凝聚体的模型，并发现了二氧化碳型skyrmionz构型［Phys. Rev. A 95, 023624 (2017)］;（4）为了总理我们前期的工作，我们还在玻色爱因斯坦凝聚体的暗孤子激发上发表了一篇综述性论文［玻色爱因斯坦凝聚体中暗孤子动力学研究，刘超飞，潘小青，张赣源，《江西理工大学学报》，37，102-111，（2016）］。（5）我们将常规密度缺陷推广到自旋领域，并在自旋1玻色爱因斯坦凝聚体中首次发现了半量子自旋涡旋，并发现自旋轨道耦合与磁场的联合相互作用是其稳定存在于玻色爱因斯坦凝聚体中原因［Optics Express 25(26) 32800-32815 (2017)］。（6）在项目执行的四年中，课题负责人一直活跃在超冷原子分子物理、量子物理学科的相关研究领域，按照原研究计划，课题负责人参加学术会议20多次，其中在国家级层次上的大会做邀请报告6次，2015年在江西理工大学组织学术会议1次。