光晶格中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性能谱特性*

张爱霞 姜艳芳 薛具奎

(西北师范大学物理与电子工程学院, 兰州 730070)

(2021 年4 月14 日收到; 2021 年5 月26 日收到修改稿)

1 引 言

光晶格中的超冷原子物理在理论上和实验上受到了人们的重点关注. 因为光晶格不存在任何杂质和缺陷, 且光晶格中的超冷原子系统可以在广泛的参数范围内调节, 为量子计算和强关联多体系统的量子模拟创造了理想的条件, 例如量子纠缠以及拓扑相变的研究等[1-4]. 此外在光晶格系统中还发现了许多有趣的动力学现象, 例如Bloch 振荡[5-10]、Landau-Zener 隧穿[11-14]、局域化[15,16]、超流相到莫特绝缘相的相变[17,18]等. 更重要的是, 原子间相互作用的非线性还可以极大地改变布洛赫带的结构, 使能带在第一布里渊区的边界处呈现出燕尾形状的环状结构(loop 结构)[19-23]. 这主要是由光晶格势和非线性相互作用之间的竞争导致的, 当相互作用较大时, 能带中会出现loop 结构. 可以通过观察Bloch 振荡的破坏以及非线性Landau-Zener隧穿现象的发生, 间接地证明能带中loop 结构的存在[9]. 因此光晶格周期势为研究玻色-爱因斯坦凝聚体的相关物理特性提供了很好的平台[24-32].

近年来, 利用光与原子间的相互作用, NIST小组在87Rb 玻色-爱因斯坦凝聚体中实现了一维人工自旋轨道耦合, 为超冷原子气体的研究开辟了新的思路[33]. 随后, 山西大学和中国科学技术大学分别在40K 费米气体和87Rb 冷原子中实现了二维自旋轨道耦合[34,35]. 最近, 中国科学技术大学与北京大学等合作, 通过将普通光晶格和拉曼光晶格相对转角……