Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变*

尤冰凌 刘雪莹 成书杰 王晨 高先龙

(浙江师范大学物理系, 金华 321004)

采用平均场近似的方法, 分别研究了Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变: Mott绝缘体相-超流体相量子相变, 探索了光的聚束-反聚束行为, 研究了Kerr非线性作用对量子相变与光子统计特征的影响.研究结果表明, 在Rabi晶格模型中二能级原子和光子相互作用强度g和格点之间光子跃迁强度J的增大会使晶格体系从Mott绝缘体相向超流体相转变, 同时, 光子统计行为由聚束转变为反聚束, 而Kerr非线性强度的增大抑制了Mott绝缘体相-超流体相相变, 但促进了光子聚束与反聚束之间的转变.

1 引 言

光与物质之间的作用是自然界中最基本的相互作用过程之一, 是理解多种物理现象的基础.Jaynes-Cummings (JC)模型和Rabi模型是描述二能级系统与光场相互作用的核心模型.随着科技的发展, 人们对原子和固态系统与光相互作用的控制水平不断提高, 在光晶格系统上实现了一系列新的量子物质的多体效应[1−12].在这些系统中, 光和物质之间的相互作用有着非常重要的作用, 例如由单模的电磁谐振器和二能级系统相互作用形成的基本腔量子电动力学系统.原子与光子之间的耦合会导致有效的非线性光子-光子排斥.Birnbaum等[13]研究表明这种光子排斥会阻止一个以上的光子进入空腔.光子阻塞效应[14−16]与腔内光子隧穿之间的相互作用导致腔量子电动力学系统耦合形成晶格, 形成大型的Bose-Hubbard模型[17].最近, 有研究者提出了……