不同维度下玻色爱因斯坦凝聚的拓扑激发

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玻色-爱因斯坦凝聚是一种古老而深入研究的量子现象,在这种现象中,多体玻色子系统经历了相变,其中单个粒子态变成宏观占据。BEC是非常理想的实验平台,其具有超高精度、可控性以及易操作性。自从实验上实现偶极BEC后,吸引了很多注意,偶极相互作用的特性是非局部的长程性以及各向异性交互作用,引起了许多新的影响。其中一个方面便是孤波的产生,与非线性光学类似,色散和非线性的影响可能会相互抵消。这导致凝聚物的形状将会保持更久。考虑束缚在谐振子势阱的偶极52Cr原子BEC,在平均场近似下可以用GP方程描述。用虚时演化法求解其基态,即孤子态,发现大体上孤子的振幅随接触相互作用的增强而增强,但在偶极相互作用和接触相互作用的比值εdd较小时,振幅随接触相互作用的增强而减弱,这是偶极相互作用和接触相互作用竞争导致的。对孤子加一微扰进行动力学演化,发现在0<εdd<2时,孤子都表现出很强的稳定性。对偶极BEC中孤子的碰撞研究表明,对于外势束缚下的孤子其碰撞类型有完全弹性碰撞和非弹性碰撞。碰撞类型取决于偶极相互作用和接触相互作用的强度。当偶极相互作用或接触相互作用较小时,出现完全弹性碰撞,否则为非弹性碰撞。碰撞前的初始相位差会影响碰撞点对称性,当相位差为π/2的奇数倍时,碰撞产生的干涉图案关于原点不对称,当相位差为π/2的偶数倍时,干涉图案关于原点对称。且弹性碰撞在碰撞点发生干涉。无外势束缚的孤子碰撞目前只发现了非弹性碰撞,有趣的是,碰撞后孤子的类型发生了改变,变为了类呼吸子。呼吸子的频率与碰撞前孤子的偶极相互作用和接触相互作用有关。先前相位差对碰撞点的影响在这里是类似的作用。当运动障碍势通过自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚物时,其尾流类型随着物理参量变化而呈现出Bénard-von Kármán涡街、涡旋对、层流以及无规则湍流。当物理参数在适当范围内时(0.9a00以及0.62(?)<υ<0.75ω(?)),可以观察到Bénard-von Kármán涡街,这是一个非常小的区域。当Bénard-von Kármán涡旋街形成时,两点涡旋围绕中心旋转,角速度及其距离随时间的推移呈周期性变化。对于给定的障碍势直径,当自旋轨道耦合强度增加时,需要较高的速度才能产生涡旋街。由于自旋轨道作用的影响,涡旋街的稳定性条件为0.14到0.25,而在经典中为0.28。尾流动力学的类型由雷诺数描述,雷诺数Res>0.23时,无论障碍物直径如何,尾流类型都会向湍流转变。最后,我们为上述实现和观察提供了实验方案。
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