[论文解读] Physics of Cold Atomic Fermi Gases

Е. A. Ayryan, K. G. Petrosyan+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2017

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文研究了在捕集的双组分超冷费米气体中，拉曼耦合与库珀配对之间的相互作用，结合厄米自旋耦合与超流配对，探索新型量子物相。研究识别出一个临界阈值，用以区分振荡与放大的物质波行为，揭示了驱动超流系统中的新动力学行为。

ABSTRACT

We consider a cold two-species atomic Fermi gas confined in a trap. We combine the Hermitian coupling between the states (we assume them to be the states with different spins) with the Cooper pairing of atoms with these different spins. This opens up a new prospect for investigation of interplay between various phenomena involving Raman coupling (e.g., atom lasers, dark-state polaritons) and effects caused by Cooper pairing of particles (e.g., superfluidity). We have obtained a threshold of transition from oscillatory to amplifying behavior of matter waves.

研究动机与目标

• 研究双组分超冷费米气体中拉曼诱导的相干耦合与库珀配对之间的相互作用。
• 理解厄米自旋耦合如何改变捕集系统中配对费米子的动力学行为。
• 确定物质波从振荡行为向放大行为转变的条件。
• 探索原子激光效应与超流性相结合所导致的集体量子现象的出现。

提出的方法

• 通过厄米相互作用项对双组分费米气体进行建模，引入自旋依赖的拉曼耦合。
• 将相反自旋原子间的库珀配对纳入哈密顿量框架。
• 采用平均场方法分析系统的动力学，推导有效运动方程。
• 在不同耦合强度和失谐条件下，求解物质波的稳定性和行为。
• 推导出振荡与放大区域之间转变的临界阈值条件。
• 利用解析与数值方法确定物质波响应不稳定性出现的时机。

实验结果

研究问题

• RQ1 拉曼耦合如何影响捕集费米气体中超流配对的动力学？
• RQ2 厄米自旋耦合在改变配对费米子集体行为中起什么作用？
• RQ3 在何种耦合强度下，系统会从振荡转变为放大物质波响应？
• RQ4 在此框架下，能否系统地描述类暗态极化子效应与超流性的相互作用？
• RQ5 在何种条件下，该系统中会出现物质波的相干放大？

主要发现

• 从理论上推导出物质波行为从振荡到放大转变的临界阈值。
• 该阈值取决于系统中拉曼耦合强度与配对相互作用的大小。
• 当拉曼耦合强度超过相对于配对能隙的临界值时，放大行为开始出现。
• 系统在阈值以上表现出动力学不稳定性，导致物质波振幅呈指数增长。
• 拉曼耦合与库珀配对的相互作用导致了孤立系统中不存在的新集体模态。
• 结果表明，通过受控耦合可在超冷费米气体中实现物质波的相干放大。