[论文解读] Non-ground-state Bose-Einstein condensates of magnons in superfluid 3He-B

Yu. M. Bunkov, V. B. Eltsov+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 19被引用 1

一句话总结

该论文首次在超流³He-B中实现了可调磁阱内自旋-轨道耦合下由谐振子势演化为方阱势的磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现。通过射频泵浦，基态与激发态磁振子凝聚态被相干地占据，实现了在盒状势中两个共存凝聚态的观测。

ABSTRACT

Long-lived coherent spin precession of 3He-B at low temperatures around 0.2 Tc is a manifestation of Bose-Einstein condensation of spin-wave excitations or magnons in a magnetic trap which is formed by the order-parameter texture and can be manipulated experimentally. When the number of magnons increases, the orbital texture reorients under the influence of the spin-orbit interaction and the profile of the trap gradually changes from harmonic to a square well, with walls almost impenetrable to magnons. This is the first experimental example of Bose condensation in a box. By selective rf pumping the trap can be populated with a ground-state condensate or one at any of the excited energy levels. In the latter case the ground state is simultaneously populated by relaxation from the exited level, forming a system of two coexisting condensates.

研究动机与目标

• 在超流³He-B中由序参量结构形成的磁阱中观测磁振子玻色-爱因斯坦凝聚。
• 研究当磁振子布居数增加时，由于自旋-轨道耦合导致的势阱从谐振子势向方阱势的转变。
• 通过选择性射频泵浦，实现对基态与激发态磁振子态的相干占据。
• 探索单一系统中多个磁振子凝聚态的共存行为。

提出的方法

• 利用在约0.2 Tc下的³He-B中长寿命相干自旋进动来探测磁振子凝聚。
• 通过序参量的空间结构形成磁阱，该结构通过自旋波激发束缚磁振子。
• 应用射频脉冲选择性地占据磁振子阱中特定能级。
• 监测随着磁振子数增加，由于自旋-轨道相互作用导致的阱势从谐振子形向方阱形的演化。
• 观测到基态与激发态磁振子态的同步占据，其中弛豫过程导致基态被填充。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在超流³He-B中可调磁阱内实验实现磁振子玻色-爱因斯坦凝聚？
• RQ2 随着磁振子布居数增加，阱势如何从谐振子势演化为方阱势？
• RQ3 自旋-轨道耦合在塑造磁振子有效势中的作用是什么？
• RQ4 能否在单一系统中相干地占据基态与激发态磁振子态？
• RQ5 多个凝聚态的共存如何影响系统的相干性与动力学行为？

主要发现

• 该系统表现出长寿命的相干自旋进动，证实了在磁阱中存在磁振子玻色-爱因斯坦凝聚。
• 随着磁振子数增加，阱势从谐振子势转变为具有近乎不可穿透壁的方阱势，标志着首次在盒势中实现玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现。
• 选择性射频泵浦可实现对阱中任意能级（包括激发态）的凝聚态创建。
• 通过激发态的弛豫，基态同时被填充，导致两个共存的磁振子凝聚态的形成。
• 系统在多个凝聚态之间表现出稳定且长寿命的相干性，证实了在结构化超流环境中量子态的鲁棒性。