光晶格中的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚.pdf

1、玻色-愛(ài)因斯坦凝聚(BEC)作為一種新的物質(zhì)形態(tài)，是近年來(lái)物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一。玻色-愛(ài)因斯坦凝聚最基本的特征是：當(dāng)玻色氣體的溫度低于臨界溫度時(shí)，宏觀量級(jí)的玻色子將聚集在能量最低的宏觀量子相干態(tài)(基態(tài))。玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體中，所有粒子都處于能量的最低態(tài)，并且有相同的物理特征，只需要用一個(gè)波函數(shù)來(lái)描述。光晶格的實(shí)現(xiàn)為人們研究BEC開(kāi)辟了新的方向。目前冷原子光晶格已成為冷原子操控中的一個(gè)重要課題，應(yīng)用光晶格控制原子玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體的

2、研究取得了突破性的進(jìn)展，在量子計(jì)算、量子信息和量子輸運(yùn)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。首先，本文利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法，研究了超冷玻色原子氣體向光晶格裝載過(guò)程中體系的熱力學(xué)性質(zhì)，計(jì)算了玻色體系總粒子數(shù)、臨界溫度、基態(tài)占據(jù)率和內(nèi)能、定容熱容量、熵等熱力學(xué)參量，分析了裝載過(guò)程中各熱力學(xué)參量的變化特點(diǎn)以及臨界溫度附近系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)(T|Tc)相同時(shí)，諧振勢(shì)阱中基態(tài)占據(jù)率比光晶格中的大，凝聚體系更加穩(wěn)定；凝聚體的內(nèi)能U與Tα+1成正比，定容熱

3、容量Cv與Ta成正比；超冷玻色原子氣體向光晶格緩慢絕熱裝載過(guò)程中，體系的熵保持不變；如果(T|Tc)小于0.30時(shí)，隨著加載強(qiáng)度的增大，基態(tài)占據(jù)率變大，體系越穩(wěn)定，然而，當(dāng)(T|Tc)大于0.70時(shí)，隨著加載強(qiáng)度的增大，玻色體系變得不穩(wěn)定了。玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體滿足Gross-Pitaevskii方程。最后，本文通過(guò)求解Gross-Pitaevskii方程來(lái)研究光晶格中玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體的基態(tài)性質(zhì)，求解不同勢(shì)阱深度的光晶格勢(shì)場(chǎng)下凝聚體

4、的基態(tài)波函數(shù)和能量。研究結(jié)果表明：基態(tài)波函數(shù)的波峰處對(duì)應(yīng)著光晶格勢(shì)場(chǎng)的波谷處，勢(shì)場(chǎng)波谷處體系能量低，粒子出現(xiàn)的幾率大，粒子數(shù)密度也就越大，體系越穩(wěn)定；隨著光晶格勢(shì)場(chǎng)的增大，基態(tài)波函數(shù)的峰值越來(lái)越大、谷值越來(lái)越小，光晶格勢(shì)場(chǎng)大到一定程度時(shí)，各格點(diǎn)的粒子數(shù)趨向于平衡；隨著光晶格勢(shì)場(chǎng)的增大，光晶格中凝聚體的基態(tài)能量、第一激發(fā)態(tài)能量減??；玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體的能帶結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)能隙，能帶序號(hào)越小，能帶寬度就越小，能態(tài)密度就越大；凝聚體的能量隨粒子數(shù)