スピノール量子気体における軌道物性

自旋量量子气体的轨道特性

基本信息

批准号：
11F01327
负责人：
上田正仁
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

磁場勾配パルスを用いてRashba型およびDresselhaus型を含む一般的なスピン―軌道相互作用を作りだす方法を提案した。従来の方法はドレスド状態にある原子の断熱的運動に基づく方法であったが、我々は原子が持つ磁気モーメントが外部磁場と結合するという自由度を用いることによって、ドレスド状態と断熱的運動に制限されないスキームを提案した。基本的なアイデアは、外部磁場に空間依存性を持たせることによって、原子の内部状態のゼーマン分裂が空間依存性を持ち、それが今度は波動関数の位相の変化に空間依存性を生みだし、それがゲージ場として作用するというアイデアである。2次ゼーマン効果により原子のゼーマンシフトはスピン状態によって異なるために、その自由度を利用することで任意のタイプのスピン―軌道相互作用相互作用が生成できる。次に、対称性に基づいた、スピン―軌道相互作用をするスピノールBECの基底状態の系統的な探索を行った。2次元のスピノールBECではスピンと空間を同時にSO (2)回転することによって系の状態は不変であるという性質とスピノールBECの持っている離散対称性が組み合わさることによって、ストライプ、三角格子、四角格子、カゴメ格子などの様々な空間構造が自発的対称性の破れによって生じることを示した。また、これらの格子構造がトラップ系においても現れることを数値計算によって確かめた。更に、スピン―軌道相互作用が存在するスピノールBECの基底状態にけるトポロジカル励起の研究を行い、系を回転させることなく様々な種類の渦が発生することを見出し、その物理的起源がゲージ、スピン、および空間回転対称性の自発的破れによることを指摘した。そのような複合的対称性の破れは渦の種類だけでなく、渦の内部構造をも決定する場合があることを指摘した。

我们提出了一种使用磁场梯度脉冲创建一般自旋轨道相互作用的方法，包括 Rashba 型和 Dresselhaus 型。传统方法是基于原子在修饰状态下的绝热运动，但我们利用原子磁矩与外部磁场耦合的自由度将绝热运动限制在修饰状态，提出了一种不修饰状态的方案。。其基本思想是，通过使外部磁场具有空间依赖性，原子内部状态的塞曼分裂变得具有空间依赖性，这反过来又产生了波函数相位变化的空间依赖性。它充当规范场。由于二阶塞曼效应，原子的塞曼位移根据自旋状态而不同，因此可以利用该自由度产生任何类型的自旋轨道相互作用。接下来，我们对基于对称性的自旋轨道相互作用的自旋 BEC 的基态进行了系统的搜索。在二维旋量 BEC 中，系统状态通过自旋和空间的同时 SO (2) 旋转保持不变的特性以及旋量 BEC 的离散对称性结合起来创建条纹、三角晶格和正方形。我们证明了各种空间结构，例如晶格和戈薇晶格，是通过自发对称破缺产生的。我们还通过数值计算证实这些晶格结构也出现在陷阱系统中。此外，我们对存在自旋轨道相互作用的旋量BEC基态下的拓扑激发进行了研究，发现在系统不旋转的情况下也会产生各种类型的涡旋，并且空间旋转对称性会自发破缺。我们指出，这种复杂的对称性破缺不仅可以决定涡旋的类型，还可以决定其内部结构。