利用三维光晶格技术实现铯原子冷却的实验研究

激光冷却原子是超冷原子分子物理实验的基础,在精密测量、量子模拟等研究中具有重要的意义.为了获得温度更低,密度更高的超冷铯原子样品作为制备超冷基态铯分子的起点,本文实验展示了一种利用三维光晶格装载实现超冷铯原子温度进一步降低的方法,有效克服了磁光阱中超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题.在标准的磁光阱系统中获得超冷铯原子的基础上,利用压缩磁光阱技术提高超冷铯原子的密度.通过四束激光构建三维光晶格,实现超冷铯原子的高效装载,采用飞行时间法测量了原子的温度,观察到温度由~6 0.0μK降低至~1 1.6μK的冷却结果.同时研究了光晶格激光的频率与原子装载数目的关系,发现在负失谐1 5.5GHz时光晶格装载效率最高.同时,本文研究了利用光晶格减小超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题,对于进一步降低铯原子温度的研究具有深远的意义.     

激光冷却原子的新奇量子态与探测

随着原子气体的激光冷却和相干操控技术的飞速发展,冷原子系统的新奇量子态研究以及在量子精密测量的应用均取得了丰硕的成果,例如人造规范势、多体相互作用诱导的拓扑态及拓扑量子相变、冷原子喷泉频标、冷原子干涉仪测量引力常数、魔术波长光晶格频标、冷离子频标、冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等.新型冷原子精密测量多次刷新了精密测量的记录,并逐渐成为新的计量标准.基于超冷原子的精密测量为新一代全球卫星导航、深空探测、微重力测量、地震预报、地下油田面积的勘测和油井的定位、工业精密测量与控制等提供新的关键技术.本文重点阐述了激光冷却原子的新奇量子态及探测技术,例如在玻色-凝聚体中产生自旋-轨道角动量耦合;由多体相互作用诱导的拓扑相变;在开通道、闭通道失衡Feshbach共振条件下,体系存在从FuldeFerrell-Larkin-Ovchinnikov超流态到Sarma超流态的量子相变;发展了87Rb原子nP里德堡态的光谱测量、光晶格中超冷原子量子态的探测等手段,并实现了多组分BEC干涉仪.     

我国实现芯片玻色——爱因斯坦凝聚体

随着物理科学技术的发展，超冷原子介质在超高精度原子频率标准、原子干涉仪、量子信息存储和信息处理等方面获得了重要应用。但是获得超冷原子气体和原子芯片上的玻色——爱因斯坦凝聚体（BEC）的实验装置过于复杂和庞大，而且价格十分昂贵，在一定程度上阻碍了其向应用技术的发展。     

强场原子分子物理实验研究中的符合测量技术及其应用

飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超强的峰值功率，已经成为测量和操控原子分子超快动力学行为的重要工具．但是强激光场下，原子分子行为非常复杂，多个反应通道纠缠在一起．全微分符合测量技术能够提供特定反应通道精确的动力学数据，推动了强场原子分子物理研究的快速发展．本文结合北京大学新建的冷靶反冲离子动量谱仪，介绍全微分符合测量技术在强场原子分子物理实验研究中的重要应用以及在强场原子分子物理实验研究方面取得的一些重要进展．     

六角晶格中Dirac准粒子的动力学模拟与操控

本文基于装载在六角可调光晶格中的超冷原子气体，研究了无质量狄拉克准粒子的动力学行为. 此系统与石墨烯具有类似的能带结构，即在简并点附近满足线性色散关系. 我们分别运用解析求解海森堡运动方程和数值波包动力学的方法，得到了准粒子质心位置. 我们可视化地展示了准粒子在不同宽度能隙处的演化行为. 结果发现准粒子的运动并没有出现相对论Zitterbewegung现象. 此外，我们还进一步研究了有效光速、Dirac旋量对系统动力学演化的影响. 结果表明波包的演化方式取决于初态Dirac旋子的形式，而运动速度只依赖于有效光速. 由于光晶格超冷原子系统具有纯净和高可操控性等优点，我们相信我们理论给出的有趣结果不久即可在超冷原子体系实验中得到验证.     

冷原子物理

冷原子物理研究冷原子的产生、冷原子的物理特性及冷原子的应用.具体包括:利用激光与原子的相互作用实现原子的激光冷却与磁光囚禁,利用蒸发冷却、协同冷却等新冷却机制实现超冷原子,利用远失谐光偶极阱、光晶格等新囚禁方法囚禁超冷原子;用Feshbach共振方法调节原子之间的相互作用,从而产生超冷分子、三体Efimov态等少体束缚...     

光缔合制备超冷分子及其光谱特性研究

通过介绍超冷分子的研究进展,分析了超冷原子光缔合产生超冷分子的物理机制,详细地介绍了实验中光缔合产生超冷分子的方法并对其光谱进行了分析.     

超冷玻色气体中的电磁感应透明

研究了超冷玻色气体中的电磁感应透明现象.利用平均场理论,考虑处于所有能级的原子被光势阱所囚禁,本文导出了系统的色散关系并计算了在超冷原子气体中传播的慢光的群速.     

有限体系中的Bose-Einstein凝聚

用巨正则系统，研究了一个可解的束缚在有限体积中没有相互作用的原子体系的Bose-Einstein凝聚（BEC）。它比通常意义下的无限体系中的BEC在某些概念上有所延伸。在有限体系中，由于体系的化学势μ≤0的条件不再一定成立，可能出现μ＞0的“汽”态（粒子在能级上完全按Bose-Einstein统计分布的状态），即非BEC状态。因此，在温度T＜Tc情况下，需要同时讨论μ＞0的“汽”态和μ＝0的BEC状态，计算了“汽”态和BEC状态的吉布斯自由能，探讨了出现BEC的条件，同时还计算了BEC温度Tc随粒子密度的关系。计算结果显示没有相互作用的Bose气体模型大致上可以相当好地解释超冷原子体系的BEC实验。     

量子微观和介观系统中的冷和超冷碰撞

本书是剑桥大学出版社出版的关于量子微观和介观系统的冷碰撞和超冷碰撞的专著。在现代原子物理学、分子物理学、光物理学甚至凝聚态物理学、化学物理学中，冷碰撞和超冷碰撞占有重要的地位。     

光腔内一维扩展玻色-哈伯德模型的量子相变

光晶格为研究冷原子提供了一个非常纯净并且容易调节的实验平台.在光腔内的光晶格中载入冷原子,可以引入光子原子之间的耦合相互作用,有助于人们研究超辐射转变以及超流和超固体等量子相.除了最近邻格点之间原子排斥相互作用有助于形成超固体以外,原子光子耦合系数的正负符号随位置交替变化也有助于形成超固体.本文将这两种相互作用都考虑进光腔中扩展玻色-哈伯德模型,通过测量原子密度、光子密度、超流序参量、固体序参量和超固体序参量,用平均场方法得到系统的基态相图,发现与硬核系统相比,软核系统的超固体范围更大更容易被发现.此研究结果有助于指导光腔中冷原子实验寻找新的量子相.     

基于里德堡原子的微波电场量子传感

微波电场的测量与传感在通信、国防、天文等领域具有重要意义。近年来基于里德堡原子的微波电场量子传感研究获得快速发展，本文首先介绍量子传感的基本概念、里德堡原子微波传感的研究进展，重点阐述里德堡原子微波电场计、基于缀饰里德堡原子微波超外差接收机以及超冷原子微波电场测量的技术方案和结果；最后讨论了提升里德堡原子微波天线的灵敏度指标可行的技术方案。     

自旋扭曲光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体

研究了自旋依赖双层方形光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates,BEC)的基态特征.双层晶格间的相对扭曲角度和层间耦合强度是影响超冷原子密度分布的重要可调参数.当光晶格的最低能带呈单阱色散时,超冷原子在莫尔晶格(Moire lattice)中的局域化受扭曲角度、层间耦合强度、原子数和晶格深度等的影响;当光晶格的最低能带呈双阱色散时,光晶格的扭曲可导致2个自旋态的反向扭曲,随着层间耦合强度的增加,2个扭曲的自旋态逐渐重合.该研究工作有助于深入探索扭曲光晶格超冷原子中的新奇量子效应.     

具有自旋轨道耦合的冷原子费米气中的拓扑超流和FFLO超流

研究了具有自旋轨道耦合的冷原子费米气在外磁场作用下的物理性质.通过自洽求解Bogoliubove-de Gennes方程,发现了在不同磁场强度和粒子填充数下,体系分别存在拓扑超流态和Fulde-Ferrell-LarkinOvchinnikov超流态.当体系处于拓扑超流态时,存在零能Majorana费米子.     

山西大学成功实现铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚

山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室张靖教授研究小组于2007年7月7日成功实现了铷原子的玻色爱因斯坦凝聚（BEC）。实验结果显示，冷原子云在温度降低到约为500nK时开始发生相变，经过进一步蒸发冷却，最终得到了约为6×10^4个原子的纯净BEC。目前该小组正将铷原子和费米原子咏同时装入磁阱中，蒸发冷却铷原子来协同冷却钾原子，最终同时实现玻色气体玻色爱因斯坦凝聚和费米气体量子简并。     

超原子及其组装材料

近年来,在团簇物理学中出现了超原子这一新兴研究方向。本文结合超原子已有的实验和理论研究,简单介绍了超原子概念及其发展历程,论述了超原子研究的范畴、目的和意义,分析了超原子及其组装材料的研究现状及潜在研究课题。     

潘建伟等在超流领域获得里程碑式突破

正超流是一种宏观范围内的量子效应。由于玻色—爱因斯坦凝聚,氦原子形成一个"抱团很紧"的集体,超流正是这种"抱团"现象的具体表现。物理学界对超流、量子涡旋的研究持续了近一个世纪,超冷原子凝聚的发展为此领域的研究提供了极具可操控性的理想平台,与此相关的研究成     

反映光的本性的若干著名科学实验

讨论了一些早期的有关光的本性的科学实验（如Michelson-Morley实验，Lebedev实验，Compton实验，Maiman实验等）。然后指出：由于超光速、超慢光速、负折射率的研究的进展，人们对光波性质的兴趣大大增长了。介绍了量子光学方面的一些最新实验，如激光冷却、Bose-Einstein凝聚态、原子激光器。     

热轧带钢X80超快冷出口温度高精度控制方法

针对X80管线钢超快冷生产过程,基于传热学基本理论,建立了超快冷温度控制模型.通过对带钢超快冷过程温度场模拟,开发了X80管线钢超快冷控制策略,得出超快冷以均匀模式开启初始组态并采用正向增开策略有利于超快冷精度的提高及带钢芯表温差的减小.针对工艺条件波动对控制精度的影响,开发了超快冷自适应系统,实现了带钢超快冷出口温度实时及卷间修正.现场应用取得良好效果,为控冷工艺的实施提供支撑.     

Feshbach共振磁场线圈及大电流稳定控制驱动的设计

Feshbach共振已成为冷原子研究领域的一种重要实验手段.碱金属原子的Feshbach共振点磁场通常在几百高斯的水平,并且有一定的线宽Δ,这就要求产生的外部调制磁场具有一定的稳定度.设计制作了可以通大电流的亥姆霍兹线圈,用它可以产生需要的强磁场.通过控制线圈电流的稳定度来提高磁场的稳定度.利用一个负积分反馈电路来对电流进行控制,测试得到电流的稳定度达到了1×10-5.