科學家在偶極量子氣體物性研究中取得進展

圖1 兩組分玻色量子氣體

圖2 系統在不同參數區的密度及相位分布

　　近日，Nature旗下期刊Scientific Reprots刊發了中國科學院國家授時中心研究員張曉斐研究小組在偶極量子氣體物性研究中的科學發現。論文題目為Two-component dipolar Bose-Einstein condensate in concentrically coupled annular traps。

　　中國科學院時間頻率基準重點實驗室張曉斐、董瑞芳、常宏在研究員張首剛的帶領下，與中科院物理研究所及北京大學一起合作，針對偶極量子氣體這一熱點開展理論研究，取得了較多有意義的成果。他們將具有偶極-偶極相互作用的量子氣體加入到一個無此相互作用的玻色氣體中，且原子間短程接觸相互作用和長程偶極相互作用可以分別通過Feshbach共振和外部旋轉磁場來調節（圖1）。對于這樣一個兩組分玻色原子系統，由于偶極-偶極相互作用、短程接觸相互作用及外部旋轉的相互影響，系統具有豐富的基態相，且可調控的參數也隨之增加。他們從最基本的平均場框架下的Gross-Pitaevskii方程出發，通過計算發現其基態具有不同的量子相，且不同相之間的轉化可以通過調節偶極相互作用強度來實現。在偶極相互作用下，旋轉系統呈現出豐富的拓撲結構：如交錯排列的六邊形、八邊形渦旋團簇，以及環狀渦旋鏈等（圖2）。這一發現不但有助于加深對光與物質相互作用的認識，而且可以由當前的超冷原子實驗直接進行驗證，并為實驗上有效地制備和探測這種奇異的量子相提供了便捷條件。

　　該工作得到了國家重大科研儀器研制項目、國家自然科學基金相關項目、中科院百人計劃項目、中科院西部之光重點項目、陜西省科學技術研究發展計劃青年科技新星項目、國家授時中心人才項目的資助。