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最新研究:激光束中的量子环

时间:2020-06-21 06:30:19 来源:网络

波兰科学院核物理研究所的科学家说,用适当制备的光拖网捕获的过冷原子可以排列成令人惊讶的复杂结构,而这些结构还没有被观察到。根据他们最近的预测,光学晶格中的物质应该以可控的方式形成拉伸和不均匀的量子环。

光学格,英文:光格,是由光组成的结构,即电磁波。激光在这种晶格的结构中起着关键的作用。每个激光器产生的电磁波具有严格定义的常数参数,几乎可以任意修改。当激光束正确匹配时,您可以创建一个具有众所周知特性的晶格.通过波的重叠,可以得到最小电位,并且它的排列可以模拟从固体物理中著名的系统和模型。这种准备系统的优点是它是一种相对简单的方法来修改这些极小值的位置,这实际上意味着可以准备各种类型的格子。

研究人员说:如果我们把适当选择的原子引入以这种方式制备的空间区域,它们就会聚集在潜在的极小值中。然而,有一个重要的条件:原子必须冷却到超低温度,这样它们的能量就足够小,不会逃脱它们准备好的微妙陷阱。

由光学晶格中捕获的原子(或团簇)形成的结构与晶体的结构相似。视激光束的结构而定,它们可以是一维的、二维的或三维的.与晶体不同,它们没有缺陷。此外,虽然可以忽略改变晶体中晶格结构的可能性,但光学晶格易于配置。改变激光的特性或光束的切割角度所需的一切。这些特性使光学晶格成为一种流行的量子仿真器。它们可以用来复制原子或原子群的各种空间构型,甚至是自然界中不存在的物质。

在这项研究中,科学家们研究了光学晶格中的俘获原子。描述粒子旋转量子特性的自旋1≤2原子费米子群(群子)被放置在它们的位置上。在每个位置,一定数量原子的自旋指向一个方向(向上),而其余点则指向相反的方向(向下)。以一种吸引的方式改变原子之间的相互作用会导致原子对的产生,它们对应于超导体中的Cooper对,并且在相同的晶格位置上具有相反的自旋电子对。

研究人员解释说,光学晶格的参数可以用来影响不同位置自旋原子之间的相互作用。此外,通过这种方式,可以准备一种状态来模拟施加在系统上的外部磁场。以这种方式制备的系统可以再现大磁场的影响,而无需使用它们。这是可能的,因为我们知道给定的磁场将如何影响具有相反自旋的粒子数量的差异。。

根据研究小组的预测,用这种方法制备的系统应该发生有趣的相分离,因此,光学晶格中捕获的物质形成的核-壳结构将自动形成,而在第二相中,一对原子的核将被这对原子的壳包围。

在光阱中捕获的过冷原子,如下图所示,形成了令人惊讶的复杂结构,这些结构可以通过不同性质在局部产生,这取决于具有相反自旋的粒子之间的相互作用。

研究人员解释说:这样的情况可以用准备美味的例子来表现。想象一盘有着浓稠酱汁的米饭,并以适当的方式准备美味,我们可以影响米饭和酱汁之间的相对位置。例如,我们可以在中间做米饭,然后在它周围做酱汁。用同样的配料,你也可以建立相反的体系:酱汁在盘子的中间,把米饭围成一圈。在我们的研究中,这个美味的盘子是一个带有原子及其对的光阱,而米饭和酱汁是划分不同类型原子对的两组。。

这项研究的结果发表在物理科学报告上。由于它的简单性,光阱中描述的过冷原子系统可以很快地在实验室实验中得到验证。结果预测,囚禁在光学晶格中的过冷原子可以形成非均匀结构的量子环。

参考资料:superfluidityoffermionicpairsinaharmonictrap.comparativestudies:localdensityapproximationandbogoliubov-degennessolutions,物理通讯杂志(2020年)。DOI:10.1088/2399-6528/ab8f02

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