[论文解读] Long-range interactions and roton minimum softening in a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate

M. A. Khamehchi, Y. Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 3

一句话总结

本研究通过布喇格光谱法研究了在拉曼布居作用下产生自旋-轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体中的集体激发。当拉曼失谐减小时，观测到有限动量模式的软化，表明可能存在类似超固态的相变，但该软化现象在有限激发能隙处终止，且在拉曼失谐符号反转下表现出对称性。

ABSTRACT

We measure the collective excitation spectrum of a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate using Bragg spectroscopy. The spin-orbit coupling is generated by Raman dressing of atomic hyperfine states. When the Raman detuning is reduced, mode softening at a finite momentum is revealed, which provides insight towards a supersolid-like phase transition. We find that for the parameters of our system, this softening stops at a finite excitation gap and is symmetric under a sign change of the Raman detuning. Finally, using a moving barrier that is swept through the BEC, we also show the effect of the collective excitation on the fluid dynamics.

研究动机与目标

• 探测可调拉曼布居作用下自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的集体激发谱。
• 研究有限动量处模式软化现象的出现，作为潜在类似超固态相变的信号。
• 确定激发能隙在不同拉曼失谐下的行为并评估其对称性特性。
• 通过移动障碍物探测集体激发对流体动力学的影响。

提出的方法

• 采用布喇格光谱法测量自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的集体激发谱。
• 利用原子超精细态的拉曼布居作用生成可调拉曼失谐的自旋-轨道耦合。
• 系统性地减小拉曼失谐，以观察激发谱的变化并识别模式软化现象。
• 将移动障碍物扫过玻色-爱因斯坦凝聚体，探测集体激发对流体动力学的影响。
• 分析激发能隙在拉曼失谐符号反转下的对称性。
• 测量动量依赖的激发谱，以识别罗顿最小值的存在及其位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 当拉曼失谐减小时，自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中是否会出现有限动量处的模式软化？
• RQ2 在模式软化点，激发能隙的性质如何？其是否闭合或保持有限？
• RQ3 激发谱在拉曼失谐符号反转下如何表现？
• RQ4 当通过移动障碍物探测时，集体模式在多大程度上影响玻色-爱因斯坦凝聚体的流体动力学响应？
• RQ5 所观测到的软化现象是否可解释为类似超固态相变的前兆？

主要发现

• 随着拉曼失谐减小，在集体激发谱中观测到有限动量模式的软化，表明系统可能向类似超固态的相变不稳定。
• 模式软化在有限激发能隙处终止，表明在当前参数下系统不会经历连续相变进入超固态。
• 激发谱在拉曼失谐符号反转下表现出对称性，表明能量谱具有对称响应。
• 激发谱中的罗顿最小值在有限动量处被软化，与类似超固态关联性的出现一致。
• 移动障碍物实验表明，集体激发显著影响玻色-爱因斯坦凝聚体的流体动力学，表现为密度激发的产生。
• 系统响应保持能隙且对称，排除了在研究条件下临界点处出现无能隙软模的可能性。