FS光晶格中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的隧穿动力学与相变研究

Based on the quasi-classical theory of one-component Bose-Einstein Condensates (BECs), Salger et al. firstly investigated the influence of the relative phase of Fourier-synthesized (FS) optical lattice on the Landau-Zener tunneling rate. In this proposal, using the pure quantum theory and quasi-classical scheme, we will study the influences of three-body interaction and the relative phase on the dynamical behaviors of BECs in the nonlinear case. Subsequently, we will extend to the two-component BECs. By applying a periodic modulation on the interaction strength between components, we will investigated the dynamical behaviors, and the dynamical phase transition of the ground-state in the two-component BECs under the asymmetric open triple-well trap based on the truncated approximate mean-field theory and quantum calculation method. Especially, we will also study the impaction of the quantum correlation effects on dynamical phase trasition to discuss the corresponding control mechanism. The proposal plays an important role to expand quantum tunneling problems in BECs and provides a potential theoretical explanation for the experiments in two-component BECs.

基于单组分玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)的准经典理论，T.Salger等人首次在Fourier-synthesized (FS)光晶格中研究了线性情况下晶格的相对相位对体系隧穿率的影响(PRL，99:190405)。为此，我们将从准经典和纯量子两个角度出发，研究非线性情况下FS光晶格中三体相互作用和谐波晶格的相对相位对体系动力学特性的影响。其后将结果拓展到两组分BECs，对组分间相互作用加一周期调制后，研究FS光晶格中两组分BECs的隧穿动力学及其周期调制效应。除传统的准经典分析方法外，我们进一步采用截断近似的平均场理论和全量子的计算方法，探讨囚禁在一个不对称开放的三势阱中的两分量BECs基态的动力学相变，考察量子关联效应对动力学相变的影响，并寻求它的控制机理。项目预期将对BEC量子遂穿问题的研究起到拓展作用，并为以后两组分BEC的实验研究提供理论基础。

封闭量子体系中的热力学及动力学问题是近期量子物理实验及理论研究的一大热点。本项目以其中一类实验体系Fourier-synthesized (FS)光晶格中玻色爱因斯坦凝聚体(BECs)为例，研究了FS光晶格中BECs的隧穿动力学和相变问题。该问题的研究主要从两个层面展开：其一，基于准经典哈密顿理论，我们运用变分原理，流体动力学模型，能量平衡条件等数值及理论方法研究了FS谐波晶格对体系隧穿动力学的影响。研究发现，费米气体在Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)端基态的隧穿动力学性质比BEC端随着相对相位的变化更为扩展，通过研究分析这是由费米压力所导致的。其二，基于隧穿动力学的经典理论，我们通过数值对角化对量子系统进行动力学的求解，首次在耦合三势阱BECs腔体系中实现了量子领域的隧穿动力学过程。此外，我们运用新的量子理论求解体系的能级反交叉位置，描述了它的基本特征，研究了系统的量子效应，成功的将经典理论的隧穿动力学推广至量子领域。. 通过四年的研究，我们取得了一系列创新性的结果，目前已发表论文共6篇，其中SCI论文5篇。这些研究成果对于我们深入理解隧穿动力学这一独特物理现象具有重要的学术价值。同时，该领域的实验研究也具有一定的指导意义。