一维光晶格中冷原子的输运性质研究

作     者：薛程 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔博

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：开放量子系统 冷原子系统 光晶格 可控耗散 

摘      要：超冷原子是利用激光冷却等手段将原子制备到极低温度(nk级别)环境下的稀疏原子气体。光晶格是利用激光干涉形成的周期性网状势阱,可作为装载冷原子的实验平台,使冷原子在晶格内有序排列。通过调节激光强度、偏振度、频率等可以对光晶格的晶格数目、势阱深度等进行精确控制。被装载于光晶格中的超冷原子会呈现出许多奇妙的现象,如形成玻色爱因斯坦凝聚态、发生量子隧穿和相变等现象。对装载于晶格中的冷原子,其输运自然受限于晶格系统环境的影响。对于开放的多体系统而言,其不可避免的与周遭环境之间发生相互作用,存在耗散,这种耗散被认为会对晶格系统造成负面影响。然而,近些年的一些实验表明,这种耗散效应可以作为一种手段用于调控系统。本文通过调节距离选择耗散、外部驱动和原子间相互作用等因素来研究光晶格中冷原子的输运性质。具体工作内容如下:首先,通过引入马尔科夫主方程描述一维受驱动光晶格中冷原子的动力学模型,利用平均场近似理论简化系统复杂度,并在此基础上推导出各物理量所满足的微分方程组,从而研究距离选择型耗散、外部驱动以及原子间相互作用对光晶格中冷原子的输运影响。通过解析计算与数值模拟,本文有以下发现:(1)对于处于不同晶格系统(晶格数目为奇数和偶数)内的冷原子,在相同环境的影响下,在输运过程中,仅奇数晶格系统中的冷原子会发生自囚禁现象,通过改变距离选择耗散强度,可破坏自囚禁,增强输运。(2)在冷原子的输运过程中,通过增大临界距离或者减小耗散强度,可缩短冷原子的输运周期,当临界距离一定时,增大耗散强度,可使冷原子输运的局域化程度增大。(3)对于冷原子的可控输运,在冷原子输运的某个时刻,通过增大原子间相互作用,会抑制冷原子的隧穿效应,增强量子自囚禁效应,达到将冷原子输运到指定晶格的目的。(4)对于双势阱中的冷原子的输运,通过具体的解析计算,阐述了外部驱动对冷原子输运的影响。综上,光晶格中冷原子的输运性质与光晶格数目、原子间相互作用、距离选择耗散以及外部驱动等因素密切相关,通过控制环境耗散强度,可以驱动系统达到所期许的量子态。