BCS-BEC渡越過程中超流費米原子氣體在二維光晶格中的干涉效應(yīng)研究.pdf

1、當(dāng)溫度低于某一臨界值時玻色子體系中大量粒子凝聚到一個或幾個量子態(tài)的現(xiàn)象，叫做玻色-愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation，BEC)。BEC是玻色子量子統(tǒng)計效應(yīng)的結(jié)果，是量子統(tǒng)計物理學(xué)的基本結(jié)論之一。費米子由于泡利不相容原理不能直接發(fā)生BEC，但通過Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)機制可發(fā)生費米子對的凝聚。近年來理論與實驗研究表明，當(dāng)粒子間的相互作用從吸引變?yōu)榕懦鈺r，費米子體系可以實

2、現(xiàn)從BCS超流到BEC的轉(zhuǎn)變，BCS與BEC是BCS-BEC渡越(BCS-BEC crossover)過程的兩個極限。
　　 科學(xué)家們利用激光冷卻與囚禁技術(shù)已能把稀薄原子氣體的溫度降低到納開的數(shù)量級，從而實現(xiàn)弱相互作用玻色原子氣體的BEC及費米原子氣體的超低溫冷卻與量子簡并，并利用Feshbach共振技術(shù)實現(xiàn)費米原子氣體的超流以及從BCS態(tài)到BEC的渡越(BCS-BEC crossover)。這些研究的實現(xiàn)使得超冷費米氣體已成為

3、物理學(xué)界的研究熱點之一。超流費米氣體的研究不僅可以大大促進(jìn)基礎(chǔ)物理的發(fā)展，而且在精密測量等高新技術(shù)方面也有重要的應(yīng)用前景。
　　 BCS-BEC渡越區(qū)域超流費米氣體的相干效應(yīng)原則上可以利用微觀理論進(jìn)行描述。但是適用于整個BCS-BEC渡越的微觀理論還有待建立。另外，實驗中所使用的囚禁勢阱要求處理非均勻量子多體問題，使得問題變得更加復(fù)雜。因此，我們擬采取的基本研究方案是基于擴展的Thomas-Fermi密度泛函理論和推廣的超流流體

4、動力學(xué)方程，以及由此導(dǎo)出的序參量方程?；谝陨戏桨福菊撐挠媒馕龇治鼋Y(jié)合數(shù)值模擬詳細(xì)研究了二維光晶格中BCS-BEC渡越區(qū)域超流費米氣體的相干特性。研究結(jié)果如下：
　　 超冷費米原子氣體的一個重要研究內(nèi)容是實現(xiàn)費米原子的凝聚和研究相關(guān)的超流特性。研究超流特性的一個重要手段是通過觀察撤去諧振子勢和光晶格勢后超流費米氣體的干涉圖案。本文從超流流體動力學(xué)方程出發(fā)，導(dǎo)出超流序參量方程；基于此方程得到了二維光晶格勢中所有子凝聚體從BCS超

5、流到BEC的基態(tài)分布函數(shù)。然后利用費曼傳播子方法研究了兩種情況：一是關(guān)閉諧振子勢和二維光晶格勢后子凝聚體的干涉圖案，二是只撤去二維光晶格勢后凝聚體的相干特性；對兩種情況下所得的費米凝聚體的干涉圖像進(jìn)行比較。最后，將二維光晶格中超流費米凝聚體的相干特性與三維光晶格中的情形進(jìn)行了對比。研究發(fā)現(xiàn)，二維光晶格中超流費米凝聚體的相干特性更為明顯，從而在實驗上更易于觀測。
　　 本文得到的理論研究結(jié)果不僅對于從理論上深入了解超流費米原子氣體