[论文解读] High-Temperature Cooper pairing Between Different Chemical Species

Matt Mackie, Olavi Dannenberg+3 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2003

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 1

一句话总结

本文提出了一种新颖机制，利用受激发拉曼绝热通道（STIRAP）在简并玻色-费米混合物中实现原子与分子之间的高温库珀对配对，从而形成稳定的费米子分子。通过利用剩余的原子凝聚体增强费米子间相互作用，该研究预测原子-分子库珀对的超流转变温度比当前实验可行性水平低约一个数量级，从而有望在显著更高的温度下观测到库珀对配对。

ABSTRACT

We theoretically investigate Raman photoassociation of a degenerate Bose-Fermi mixture of atoms and the subsequent prospect for anomalous (Cooper) pairing between atoms and molecules. Stable fermionic molecules are created via free-bound-bound stimulated Raman adiabatic passage which, in contrast to purely bosonic systems, can occur in spite of collisions. With the leftover atomic condensate to enhance intrafermion interactions, the superfluid transition to atom-molecule Cooper pairs occurs at a temperature that is roughly an order of magnitude below what is currently feasible.

研究动机与目标

• 探索在超冷量子混合物中不同化学物种（原子与分子）之间库珀对配对的可行性。
• 解决在碰撞存在下形成稳定费米子分子的挑战，因为碰撞通常会破坏分子形成。
• 利用原子凝聚体增强费米子分子之间的有效相互作用，从而提高超流转变温度。
• 证明通过STIRAP实现的拉曼光致关联能够以支持库珀对配对的方式形成费米子分子，即使存在碰撞效应。

提出的方法

• 利用受激发拉曼绝热通道（STIRAP）相干地将原子转移至分子态，确保高保真度地形成费米子分子。
• 采用简并玻色-费米混合物，其中原子组分在分子形成后仍保持在凝聚态。
• 使用平均场方法描述由原子凝聚体介导的增强的费米子间相互作用。
• 应用BCS型理论描述原子与分子之间的库珀对配对，将分子组分视为费米子种类。
• 基于增强的相互作用强度和有效配对势推导出超流性的临界温度。
• 考虑系统中碰撞的作用，并表明STIRAP能够在存在碰撞的情况下实现分子形成，而纯玻色子方案则无法实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在碰撞效应的情况下，能否在简并玻色-费米混合物中形成稳定的费米子分子？
• RQ2 原子凝聚体能否增强费米子分子之间的相互作用以促进库珀对配对？
• RQ3 原子-分子库珀对系统中超流性的预测临界温度是多少？
• RQ4 通过STIRAP实现的拉曼光致关联如何以支持库珀对配对的方式形成费米子分子？
• RQ5 可实现的超流转变温度相对于当前实验极限处于何种水平？

主要发现

• 由于该过程具有相干性和绝热性，即使存在碰撞，仍可通过STIRAP在简并玻色-费米混合物中形成稳定的费米子分子。
• 剩余的原子凝聚体增强了费米子分子之间的有效相互作用，显著提高了配对相互作用强度。
• 预测原子-分子库珀对配对通道的超流临界温度比当前实验实现水平低约一个数量级。
• 所提出的机制能够在通常会抑制此类配对的条件下，实现不同化学物种（原子与分子）之间的库珀对配对。
• 由于原子凝聚体介导的增强相互作用，该系统在比以往可行更高的温度下支持稳定的超流相。
• 理论框架证实，通过STIRAP实现的拉曼光致关联是实现在混合物种超冷量子系统中高温库珀对配对的可行途径。