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武汉物数所超冷原子混合凝聚体中涡旋结构理论研究取得新进展
文章来源: 武汉物理与数学研究所 发表日期: 2017-03-09
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  近日,中科院武汉物理与数学研究所量子可积系统课题组姜玉铸副研究员与清华大学翟荟教授和史哲雨博士以及中国人民大学齐燃副教授合作,在超冷玻色与费米混合凝聚体涡旋结构的理论研究方向取得了新的突破,其结果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters118, 080403 (2017))上。

  量子凝聚体一直是凝聚态和冷原子理论研究中的前沿课题,与此相对应的超流、超导现象吸引了众多物理学工作者的关注,这方面的研究已经开始向实际应用方向发展。涡旋激发是凝聚体中的一个重要的特征,它同时具有量子准粒子特性和拓扑行为。关于凝聚体中涡旋激发结构的理论研究可以追溯到上个世纪六十年代,A. A. Abrikosov,及V. K. Tkachenko等物理学家发现了涡旋结构在单纯凝聚体中正三角形格点结构最稳定;何天伦教授及其合作者发现两组分玻色凝聚体中随着组分之间相互作用的变化可以出现不同的几何结构,并得到了实验的证实。随着冷原子系统实验技术的进步,最近玻色与费米混合系统的超流已经成功在实验上实现。基于冷原子调控技术的发展,玻色与费米混合系统所对应涡旋结构的变化也成了实验和理论所关注的热点问题。

  姜玉铸副研究员与其合作者对超冷玻色与费米混合凝聚体涡旋结构进行了深入的研究。发现在BCS-BEC过渡中,涡旋结构可以出现多种不同的结构,这是因为费米超流系统的涡旋核与玻色超流涡旋是完全不同的。在费米系统的BCS相区,涡旋核中心序参量为零,但是粒子数密度是个有限值。因此,玻色与费米混合体系不同组分之间的相互作用在BCS相区不再能够用序参量直接描写。而在BEC极限下,玻色和费米两种凝聚体涡旋核中心点都是没有粒子的。因而,在BEC一侧玻色子与费米子之间的相互作用要更强一些,从而诱发了一系列的几何结构相变。最近,中国科学技术大学潘建伟院士、陈宇翱教授及其合作者在实验上成功产生了玻色费米混合系统的涡旋 (Phys. Rev. Lett. 117, 145301 (2016))。因此,这方面的理论工作有望在不久的将来得到实验的验证。

  该研究得到了科技部重点专项和国家自然科学基金委的基金支持。

  附:论文原文 

  图:BEC-BCS过渡中,涡旋可以经历不同的几何结构相变:从正方形到平行四边形,再到三角形格子。 

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