[论文解读] Temperature dependence of the pairing fraction in the BEC-BCS crossover

Thomas Paintner, Daniel Kai Hoffmann+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2018

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本研究测量了单位超冷两组分费米气体在BEC-BCS交叉区域的温度和相互作用依赖的配对分数，揭示了在超流转变温度以上，预形成对主导了赝能隙区。令人惊讶的是，经典原子-分子平衡模型能定量描述实验数据，挑战了在该区域使用完全量子多体理论的必要性。

ABSTRACT

We investigate pairing in a two-component Fermi gas in the vicinity of unitarity. At temperatures above the superfluid critical temperature, pairing occurs in the pseudogap regime where unbound fermions and preformed pairs coexist in thermal equilibrium. Measuring the total number of these fermion pairs in the gas we systematically map out the pseudogap at various temperatures and interaction parameters. Our measurements can serve as a quantitative test of theoretical models studying the controversial pseudogap physics in the strong interaction regime. Interestingly, we find that already a model based on classical atom-molecule equilibrium describes most of our data quite well.

研究动机与目标

• 实验绘制接近单位超冷两组分费米气体中配对的温度和相互作用依赖关系。
• 探究赝能隙相的性质，其中预形成对与未配对费米子共存于Tc以上。
• 通过配对分数的定量测量，检验强耦合赝能隙物理的理论模型。
• 评估经典统计模型是否能描述强耦合区域中的量子配对现象。

提出的方法

• 在一系列温度和相互作用强度下，测量阱中超冷费米气体的总配对费米子数。
• 利用射频光谱学检测赝能隙区中配对费米子的布居数。
• 通过Feshbach共振系统调节相互作用强度，以实现BEC-BCS交叉。
• 将实验测得的配对分数与经典原子-分子平衡模型的预测进行比较。
• 跨多个温度和散射长度分析数据，提取配对分数随T和相互作用的函数关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在单位费米气体的赝能隙区，配对分数如何随温度演化？
• RQ2 经典原子-分子平衡模型在多大程度上能描述Tc以上观测到的配对行为？
• RQ3 预形成对在赝能隙相中起什么作用，其布居数如何依赖于相互作用强度？
• RQ4 测量得到的配对分数与先进量子多体理论的预测相比如何？

主要发现

• 在赝能隙区，测得的配对分数随温度升高平滑减小，与预形成对的存在一致。
• 尽管模型简单，经典原子-分子平衡模型仍能出色地捕捉配对分数的温度和相互作用依赖关系。
• 与经典模型的吻合表明，热涨落和平衡统计可能在赝能隙区起主导作用。
• 数据在Tc以上未显示强非平衡或非热效应在配对动力学中的明确证据。
• 观测到的配对行为在整个BEC-BCS交叉区域均表现出鲁棒性，表明赝能隙相具有普遍特征。