[论文解读] Data for "Unconventional pairing in few-fermion systems tuned by external confinement"

Jacek Dobrzyniecki, Giuliano Orso+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2021

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 65被引用 7

一句话总结

本文提出一种机制，通过施加自旋选择性势垒，在少费米子一维系统中诱导具有有限动量成对的非常规超流相——具体而言是Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）样态。通过调节势垒的高度和宽度，系统可在不改变全局自旋布居的情况下在BCS样态与FFLO样态之间切换，且该成对态可通过噪声关联函数检测。关键贡献在于通过外部约束实现在少体系统中可调的、非传统的成对行为，该机制在当前的超冷原子实验中可实现。

ABSTRACT

This upload includes data shown in Figures 1-7 and in Table I of the paper "Unconventional pairing in few-fermion systems tuned by external confinement", arXiv:2105.12519, doi:10.1103/PhysRevResearch.3.043105. Also included are gnuplot scripts to recreate the figures.

研究动机与目标

• 研究具有吸引力相互作用的少费米子一维系统中的非常规超流相。
• 探讨外部约束——特别是自旋依赖的势垒——是否可在不改变全局自旋布居的情况下调控成对对称性。
• 识别奇异成对的实验可观测信号，例如具有有限质心动量的库珀对。
• 将理论预测与当前超冷原子实验中的噪声关联测量相联系。

提出的方法

• 在中心具有自旋选择性势垒的盒式势阱中，对具有吸引力接触相互作用的少自旋-1/2费米子一维系统进行建模。
• 使用精确对角化方法计算不同势垒参数（高度和宽度）下的系统基态。
• 通过噪声关联分布推导出的两体关联函数分析，以检测有限动量成对。
• 计算库珀对的质心动量随势垒参数的变化关系，以区分BCS样态与FFLO样态。
• 采用具有自旋依赖外部势的二次量子化哈密顿量，模拟空间非均匀的类似Zeeman场的作用。
• 通过与已知的少体物理及热力学极限下已知的FFLO行为对比，验证结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 自旋选择性势垒是否可在不改变每种自旋态费米子总数的情况下，诱导少费米子系统中BCS样态与FFLO样态之间的相变？
• RQ2 库珀对的质心动量如何随势垒高度和宽度变化？
• RQ3 能否通过噪声关联测量实验区分FFLO样态与传统的BCS成对？
• RQ4 在存在局域势垒的情况下，粒子数（特别是奇数与偶数）在决定成对对称性方面起什么作用？

主要发现

• 随着势垒高度的增加，系统表现出从BCS样态成对（质心动量为零）到FFLO样态成对（非零质心动量）的相变。
• 即使在小系统中，有限动量成对也具有鲁棒性，其在噪声关联函数中具有清晰可辨的特征，可与传统成对区分开来。
• 对于受势垒影响的组分中为奇数个费米子时，由于未配对费米子局域在势垒中心，系统表现出独特的成对结构，从而影响成对对称性。
• 通过调节势垒宽度和高度，可连续调控库珀对的质心动量，从而实现对成对机制的控制。
• 所提出的机制在当前超冷原子实验中可实现，例如在自旋选择性光学陷阱中，可通过激光势垒实现该势垒。
• 噪声关联函数可作为检测有限动量成对存在的直接实验探针，为少体系统中FFLO样态相的探测提供了可行路径。