超冷Er原子偶极量子气体的Feshbach共振研究

The ultracold quantum gases play an important role in recent atomic and molecular physics, nonlinear and quantum optics, statistics and condensed matter physics. Different from the widely used alkalis, ultracold atoms, there are strongly dipole-dipole interactions (DDI) , which is anisotropic and long-range, besides the isotropic short-range interaction in ultracold dipolar quantum gas. This is expected to exhibit many fascinating phenomena. .In this project we mainly study the Feshbach resonance in ultracold dipolar quantum gases of Erbium (lanthanum metal, double-electron atom). This species has a number of very appealing features, including a large mass and magnetic moment, several stable isotopes, a rich energy level scheme, and interesting cold collisional phenomena, makes it a promising candidate for experiments on dipolar quantum gases and has impressive applications in simulation of condensed matter physics, polar molecule scattering, atomic and optical clocks.

超冷量子气体的研究是当前原子分子物理、非线性和量子光学、统计和凝聚态物理等学科的重要交叉研究领域。超冷偶极量子气体，有别于普遍所采用的碱金属超冷量子气体，原子间除了存在各向同性的短程相互作用外，还有着较强的偶极-偶极相互作用（DDI），这是一种各向异性的长程相互作用，会引起超冷量子气体发生许多新奇的现象。.本项目主要开展镧系金属双电子原子Er原子的超冷量子气体的Feshbach共振研究。Er有着非常鲜明的特征，具有较大的质量和磁偶极矩、多种稳定的同位素、丰富的能级结构和奇异的低温多体散射物理，使其成为一种研究偶极量子气体多体物理较好的研究对象，在凝聚态物理模拟、极性分子散射、原子钟和光钟等方面均有着重要的应用。

超冷量子气体的研究是当前原子分子物理、非线性和量子光学、统计和凝聚态物理等学科的重要交叉研究领域。超冷偶极量子气体，有别于普遍所采用的碱金属超冷量子气体，原子间除了存在各向同性的短程相互作用外，还有着较强的偶极-偶极相互作用（DDI），这是一种各向异性的长程相互作用，会引起超冷量子气体发生许多新奇的现象。.本项目主要研究镧系金属双电子原子Er原子的超冷量子气体的Feshbach共振，Er原子具有非常鲜明的特征，具有较大的质量和磁偶极矩、多种稳定的同位素、丰富的能级结构和奇异的低温多体散射物理，使其成为一种研究偶极量子气体多体物理较好的研究对象，在凝聚态物理模拟、极性分子散射、原子钟和光钟等方面均有着重要的应用。.基于Er原子本身的原子能级结构，本项目实现了Er原子的401nm和583nm磁光阱冷却，并在此基础上开展偶极阱俘获和蒸发冷却。通过精确调控原子气体的Feshbach共振，精确控制原子间散射长度和碰撞损耗，最终获取了约2万个Er原子BEC。.同时实验还测量了Er原子的Feshbach共振谱，通过将原子分别冷却至不同的温度并在0到5G的磁场强度下分别测量了原子的损失谱，结果表明Feshbach共振谱均为窄Feshbach共振，共振宽度仅数十毫高斯，同时和原子气体的温度存在依赖关系，原子温度越高，Feshbach共振谱密度越大。这是由于Er原子的本身的各向异性长程相互作用引起的，即便在超低温下高阶散射也会发生作用。.另外项目组还开展了强相互作用超冷费米气体的调制非稳的动力学研究，成功观测到了超流费米气体中的时空模式，研究了相互作用在模式的形成和传播中发挥的作用。该研究提供了一种新的非线性操控手段，有助于进一步探索超冷费米气体的物理特性，本系统可以推广到费米物质波放大、光波量子气体混合、自发光介导磁性和孤子等研究中。

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