自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中局域场效应的理论研究

Nowadays, spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate (BEC) is one of the mostly studied objects in the field of cold atom physics. The physical realization of such a system relies on the interaction between light and BEC. According to literature investigations and some of our recent research results, there exist local field effect (LFE, the feedback effect of BEC on propagation of light) in a light-BEC interacting system. This effect will significantly affect the system, and induce abundant of new phenomena. So, how will LFE influence the spin-orbit coupled BEC, and what new phenomena will LFE give rise to? In this project, we plan to theoretically study on these problems. The main research contents include: Building up the dynamical equations to describe LFE in spin-orbit coupled BEC; analyzing influences of LEF on the system's dispersion relation and ground state properties, the manipulation of these influences; researching on some LFE induced nonlinear phenomena, such as self-accelerating soliton and quantum vortex, and the potential applications of these phenomena in the field of precision measurement and quantum simulation.

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体是目前冷原子物理领域的一个热点研究对象,其实验实现基于光与玻色-爱因斯坦凝聚体之间的相互作用。根据文献调研以及我们的一些前期研究成果，光与玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用的系统中存在着局域场效应（玻色-爱因斯坦凝聚体对光在其中传播的反作用），该效应会对系统产生重要影响，引发丰富多彩的物理现象。那么，在自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中局域场效应将会产生哪些影响,可能引发哪些新的物理现象？本项目拟对该科学问题展开理论研究，主要研究内容包括：推导得出描述自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中局域场效应的运动方程；分析局域场效应对系统色散关系、基态等基本物理性质的影响以及如何对这些影响进行调控；研究局域场效应在系统中产生的自加速孤子、量子涡旋等非线性物理现象以及这些现象在精密测量、量子模拟中的潜在应用价值。

自旋-轨道耦合与局域场效应是光与原子玻色-爱因斯坦体耦合系统中的两种重物理效应，本项目中我们对它们进行了详细的理论研究，揭示了它们在多种非线性物理现象中的重要作用，探讨了它们在物质波输运、物质波干涉仪等领域的潜在应用。具体而言：(1)我们发现自旋-轨道耦合效应可以调控delta-势阱中的原子玻色-爱因斯坦凝聚体的束缚态，利用移动的delta-势阱可以实现自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的自旋方向性输运。(2)我们预言局域场效应可以在环形光学腔与玻色-爱因斯坦凝聚体耦合系统中产生自约束物质波波包与超固态能隙孤子现象，并详细研究了它们的基态与动力学性质，探讨了它们在实现物质波干涉仪中的潜在应用价值。(3)我们发现动量依赖的损耗与增益可以模拟一种新的非厄米自旋-轨道耦合效应，该效应可以调控玻色-爱因斯坦凝聚体的色散关系，实现高对比度的超固条纹态，以及相干物质波吸收/放大器。(4)光晶格中自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中存在丰富的相变现象，我们发现集体偶极震荡可以用作一个有效的相变探针。(5)我们发现通过周期性驱动可以在自旋-1的玻色-爱因斯坦凝聚体中产生经典与量子混沌现象。