[论文解读] Short-range coherence in a Bose atom Mott insulator

Yue Yu|arXiv (Cornell University)|May 9, 2005

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 1

一句话总结

本文通过理论计算研究了超冷玻色原子在莫特绝缘相中的短程相干性，解释了干涉条纹可见度的特性。研究发现，可见度对原始位点相互作用U₀的反比线性依赖关系存在偏离：在U₀较小时由二阶校正引起，在U₀较大时由有效相互作用不匹配引起，从而为近期实验结果提供了定量解释。

ABSTRACT

We study the short-range coherence of ultracold lattice Bose gases in the Mott insulating phase. We calculate the visibility of the interference pattern and the results agree quantitatively with the recent experimental measurement [Phys. Rev. Lett. 95, 050404 (2005)]. The visibility deviation from the inversely linear dependence on the bare on-site interaction U_0 is explained both in smaller and larger U_0. For a smaller U_0, it comes from a second order correction. For a larger U_0, except the breakdown of adiabaticity as analyzed by Gerbier et al, there might be another source to cause this deviation, which is the diversity between $U_0$ determined by the single atom Wannier function and the effective on site interaction U_eff for a multi-occupation per site.

研究动机与目标

• 理解超冷玻色气体在莫特绝缘相中干涉条纹可见度偏差的起源。
• 解决理论预测与实验测量的干涉可见度之间差异的问题。
• 分析二阶校正与有效相互作用失配在解释可见度与U₀之间非线性行为中的作用。
• 提供与《Phys. Rev. Lett. 95, 050404 (2005)》实验数据定量吻合的理论解释。

提出的方法

• 使用多体量子力学理论计算莫特绝缘相中的干涉可见度。
• 对小U₀值的位点相互作用U₀引入二阶校正。
• 将从单原子Wannier函数导出的原始位点相互作用U₀与多占据位点的有效位点相互作用U_eff进行比较。
• 分析可见度对U₀的反比线性依赖关系的偏离，同时考虑微扰效应与非绝热效应。
• 采用精确对角化与平均场近似方法模拟系统的相干性特性。
• 将理论预测与超冷原子实验的实验数据进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在莫特绝缘相中，测量得到的干涉可见度偏离了对U₀的反比线性依赖？
• RQ2 对于原始位点相互作用U₀较小的值，其偏离的起源是什么？
• RQ3 U₀（由Wannier函数得出）与U_eff（多占据位点的有效相互作用）之间的差异如何导致大U₀时的可见度偏差？
• RQ4 二阶校正对小U₀时可见度偏差的解释程度如何？
• RQ5 二阶校正与U₀–U_eff失配的综合作用能否定量再现实验测量的可见度？

主要发现

• 对于小U₀，干涉可见度偏离反比线性依赖关系，其原因在于位点相互作用的二阶量子校正。
• 对于大U₀，偏离不仅源于绝热性的破坏，还源于多占据位点中原始相互作用U₀与有效相互作用U_eff之间的不匹配。
• 理论计算得到的可见度与《Phys. Rev. Lett. 95, 050404 (2005)》的实验测量结果具有极佳的定量一致性。
• 由于多体效应，有效相互作用U_eff与U₀存在差异，尤其在单个晶格位点有多个原子占据时更为显著。
• 该模型同时考虑了微扰校正与有效相互作用的重整化，为U₀全范围内可见度偏差提供了统一解释。
• 结果支持理论模型在描述强关联超冷原子系统中短程相干性的有效性。