Cooling Quantum Gases with Entropy Localization
我们研究了熵的动力学在一个时间依赖的潜力，并探讨如何无序影响这种熵流。我们发现，无序可以捕获熵的边缘的原子云，使一种新的冷却方法。我们通过分析一维费米格子气在含时超晶格势作用下熵的演化，证明了我们的冷却技术的可行性。
2017-02-26 cond-mat.quant-gas
Laser cooling for quantum gases
激光冷却利用光散射的物理原理将原子和分子气体冷却到接近绝对零度。这是基本上所有原子气体实验的关键初始步骤，在这些实验中，玻色-爱因斯坦凝聚以及更普遍的量子简并被达到。激光冷却方法的持续发展使更多的元素能够实现量子简并，每一个额外的原子种类都提供了自己的实验机会。改进的方法正在开辟新的途径，例如，纯粹通过激光冷却实现玻色-爱因斯坦凝聚以及实现连续的玻色-爱因斯坦凝聚。在这里，我们回顾这些最近的创新激光冷却，并提供了一个展望的方法，可能使新的方式来创造量子气体。
2022-09-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Cooling Atomic Gases With Disorder
冷原子气体已经被证明能够模拟许多基本的凝聚态现象，包括玻色-爱因斯坦凝聚、莫特跃迁、富尔德-费雷尔-拉金-奥夫钦尼科夫配对和量子霍尔效应。冷却到足够低的温度来探索费米原子晶格中的磁性和奇异的超导性仍然是一个挑战。我们提出了一种方法来产生低温气体，通过在无序势中制备它，并遵循恒定熵轨迹将气体输送到非无序状态，该状态表现出这些不完全理解的相。我们表明，使用量子蒙特卡罗模拟，我们可以接近Neél温度的三维哈伯德模型的实验可实现的参数。最近的实验估计表明，所需的随机性在于原子传输和平衡仍然稳健的制度。
2015-08-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
All-optical cooling of Fermi gases via Pauli inhibition of spontaneous emission
基于泡利原理对自发发射的预期抑制，提出了一种将费米气体冷却到量子简并状态的技术。自发发射线宽的减小引起多普勒温度的相应降低，这在特定条件下可能引起失控过程，通过该过程费米子逐渐冷却。该方法需要磁光阱作为冷却系统和光偶极阱的组合来增强量子简并。这导致预期的费米简并因子$T/T_F$与最近实现的最低值相当，具有直接实现光晶格的潜力。这种技术的实验演示也应该间接地提供了泡利不相容原理在原子物理学水平上的宏观表现。
2016-11-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Peltier cooling of fermionic quantum gases
基于珀耳帖热电效应和能量过滤原理，提出了一种费米量子气体的冷却方案。待冷却的系统连接到另一个作为储存器的谐波捕获气体。冷却是通过两个同时进行的过程实现的：（i）系统被蒸发冷却，以及（ii）来自储层费米表面深处的冷费米子被注入到系统费米能级以下，以填充“空洞”能量分布。这是通过将系统连接到储存器的传输系数的适当的能量依赖性来实现的。这两个过程可以被看作是颗粒和孔的同时蒸发冷却。我们表明，每个粒子的熵显着降低和更快的冷却速率可以实现比只使用蒸发冷却。
2014-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Effective microscopic models for sympathetic cooling of atomic gases
在热浴存在下的系统的热化一直是许多理论研究的主题，特别是在固态物理的框架中。在这种情况下，存在一个大的带宽的频率分布的谐振子schematizing热浴是至关重要的，强调在Caldeira-Leggett模型。相比之下，原子阱中的超冷气体以明确定义的频率振荡，因此似乎不在卡代拉-莱格特范式之内。我们引入相互作用哈密顿，使我们能够适应模型的原子物理学框架。这些模型的内在非线性区分他们从原来的Caldeira-Leggett模型，并要求一个非平凡的稳定性分析，以确定有效的范围内的模型参数。这些模型允许分子动力学模拟的混合物的超冷气体，这是当前的相关性，优化共振冷却退化玻色-费米混合物。
2015-10-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Orbital excitation blockade and algorithmic cooling in quantum gases
当受限少体系统中的强相互作用阻止粒子占据否则可到达的量子态时，发生相互作用阻断。封锁现象揭示了量子系统的潜在颗粒性质，并允许检测和操纵组成粒子，无论它们是电子，自旋，原子还是光子。从基于电子库仑阻塞的单电子晶体管到里德伯原子中的量子逻辑门，其应用范围非常广泛。在光晶格中，我们观察到一种新的相互作用阻塞，即超冷原子在轨道间的转移。在这个系统中，原子在相同的晶格位置进行相干碰撞所描述的接触相互作用的强度强烈依赖于原子的轨道波函数。我们诱导相干轨道激发通过调制的晶格深度和观察阶梯型的激发行为，因为我们通过调谐调制频率跨越相互作用分裂共振。作为轨道激发阻断（OEB）的应用，我们提出了一种新的量子气体冷却算法。我们实现的算法冷却利用了一系列可逆的基于OEB的量子操作，这些操作将熵隔离在系统的一部分中，然后是一个不可逆的步骤，从气体中去除熵。这项工作打开了将量子气体冷却到超低熵的大门，并对发展可以在光晶格中模拟的强关联电子系统的微观理解产生了影响。此外，OEB和里德伯原子中的偶极阻塞之间的密切相似性为在具有自然可扩展性的量子计算架构中实现双量子比特门提供了路线图。
2011-10-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Three Dimensional Raman Cooling using Velocity Selective Rapid Adiabatic Passage
我们提出了一种新的和有效的实施拉曼冷却的被困原子。它利用拉曼脉冲和适当的频率啁啾，通过快速绝热通道实现速度选择性激发。这种方法允许在单个脉冲中处理大量非零原子速度类，并且它产生几乎为1的转移效率。我们证明了这种冷却方法使用铯原子在远失谐交叉偶极阱。三维冷却$1 \times 10^{5}$原子到$2 μ$ K是在100 ms内进行的。在这个初步实验中，最终的原子密度是$1.3\times 10^{12}$ at/cm $^3$（在2倍内），相空间密度增加超过未冷却的样品是20。数值模拟表明，温度低于单光子反冲温度应该是可以实现的这种方法。
2011-10-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic spin cooling using high-spin Fermi gases
空间熵再分布在超冷晶格气体的绝热冷却中起着关键作用。我们表明，高自旋费米子与空间可变的二次塞曼耦合可能允许创建一个内部的自旋1/2的核心周围的高自旋翅膀。后者在高温下总是比核心更熵，值得注意的是，在所有温度下都存在挫折。结合热力学Bethe近似和局域密度近似，我们研究了一维自旋为3/2的格点费米子在Mott相的空间熵分布。有趣的是，这种空间相关的熵为绝热冷却技术开辟了一条可能的道路，与以前的建议相反，它将专门针对自旋自由度。我们讨论了这种绝热冷却的可能实现，这可能会允许一个高效的熵减少自旋1/2核心，并帮助访问反铁磁秩序在超冷旋量费米子的实验。
2012-03-13 cond-mat.quant-gas
Thermodynamics of the three-dimensional Hubbard model: Implications for cooling cold atomic gases in optical lattices
本文对三维费米子哈伯德模型的热力学性质进行了全面的研究，并将其应用于受光晶格和囚禁势约束的冷费米子原子。我们的研究集中在当前实验感兴趣的温度范围内。我们采用两种理论方法-动态平均场论和高温系列-和执行比较基准，以界定各自的有效性范围。特别注意的是，致力于了解这个系统的热力学性质对冷却的影响。考虑到非均匀晶格中的局域占位分布函数，我们证明了，在绝热演化下，任何可观测的变化（例如，温度）可以方便地分解成两个不同的贡献。第一个贡献是由于演化过程中陷阱中原子的重新分布，而第二个贡献来自于可观测的内在变化。最后，我们提供了J. - S. Bernier等人，Phys. Rev. A 79，061601（2009）通过将该方法应用于理想化模型来计算。
2011-08-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Isotopologue-selective laser cooling of molecules
该研究以BaF为例首次实现分子的同位素异构体选择性激光冷却，在含多种高丰度同位素异构体的分子束中操控了稀有未冷却的136BaF，为低丰度同位素的强分子束与高保真检测提供可能，推动相关精密应用发展。
2024-06-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum state manipulation and cooling of ultracold molecules
本文综述了将超冷原子缔合为分子量子气体和直接激光冷却两种技术，它们使分子进入量子领域，实现了对分子内、外态的量子操控，为冷分子科学探索开辟了新空间。
2024-05-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Simulation method for evaporative cooling of trapped Bose gases at finite temperatures
本研究基于ZNG形式体系与测试粒子数值方法，通过消除高能测试粒子模拟蒸发冷却，成功描述有限温度下囚禁玻色气体的凝聚体生长，并模拟了旋转热云下的涡旋晶格形成过程。
2023-10-06 cond-mat.quant-gas
Degenerate Bose gases with uniform loss
我们从理论上研究了耦合到空马尔可夫浴中的弱相互作用简并玻色气体。我们表明，在普适声子极限的系统演化到一个渐近状态，其中一个紧急的温度是由量子噪声的外耦合过程。对于实验中通常遇到的情况，这种机制会导致显着的冷却。这种耗散冷却补充了传统的蒸发冷却，并在热化被高度抑制的环境中占主导地位，例如在一维准冷凝中。
2016-03-21 cond-mat.quant-gas
Spin distillation cooling of ultracold Bose gases
研究了玻色原子旋量气体的自旋蒸馏，发现在${}^{52}$ Cr和$^{23}$ Na原子中存在两种不同的自旋蒸馏机制，这两种原子都能有效冷却.第一种机制涉及偶极散射到最初未被占据的自旋态，并且仅在阈值磁场以上冷却。第二个收益通过平衡弛豫的热云到空的自旋状态，减少其在初始组件的比例。它只在低于阈值磁场时冷却。该技术最初是在铬偶极气体的实验中证明的[B. Naylor等人，物理修订版信函115，243002（2015）]，而在这里，我们进一步发展的概念，并提供所需的物理和所涉及的限制的深入理解。通过数值模拟，我们揭示了所涉及的机制，并表明自旋蒸馏循环可以重复多次，每次导致热原子分数的显着额外减少。还确定了磁场的阈值和可实现温度的预测。
2021-03-25 cond-mat.quant-gas
Site-selective preparation of two-dimensional dipolar quantum gases in an optical beat-note lattice
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI), Österreichische Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学实验物理系）
本文提出一种全光学方法，通过空间选择性参量加热，在拍频超晶格中实现冷各向异性原子单层和双层的确定性空间选择，从而实现高分辨率显微镜下二维各向异性量子气体的稳定制备。
2026-08-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Thermometry and cooling of a Bose-Einstein condensate to 0.02 times the critical temperature
超冷气体有望在方便的长度和时间尺度上获得多体量子现象。然而，目前还不清楚这些气体的熵是否足够低，以实现许多与凝聚态物理相关的现象，如量子磁性。在这里，我们报告可靠的单次温度测量的退化$^{87}$ Rb气体成像的热化磁振子，这是自旋激发的原子气体的动量分布。我们记录的平均温度低至$0.022(1)_\text{stat}(2)_\text{sys}$倍的玻色-爱因斯坦凝聚温度，表明每个粒子的熵，$S/N\approx0.001\, k_B$在平衡，这是远低于临界熵的玻色-哈伯德系统的反铁磁有序。磁振子本身可以通过在热化过程中吸收能量和增强蒸发冷却来降低系统的温度，从而允许在深阱中产生低熵气体。
2015-05-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Thermometry for Laughlin States of Ultracold Atoms
将原子气体冷却成强相关的量子相需要熵的估计来进行测温并建立可行性。本文将高温级数展开与精确对角化相结合，构造了原子气体Laughlin态模型的一个近似配分函数。使用的ananterior，我们发现所需的熵观察劳克林相关玻色子气体的范围内，目前的冷却能力。
2017-03-22 cond-mat.quant-gas
Cooling and Near-equilibrium Dynamics of Atomic Gases Across the Superfluid-Mott Insulator Transition
研究了二维光晶格中玻色原子的近平衡热力学。通过增加晶格深度，将超流体转变为超流体和莫特绝缘体的非均匀混合物。详细的研究表明，在原位密度分布，第一，局部绝热斜坡不保证全球热平衡。事实上，典型参数的完全热化仅在实验时间超过一秒时发生。其次，非绝热地斜升到莫特绝缘体状态可在短时间内导致强烈的局部冷却，并且一旦平衡，则导致全局冷却。对于初始温度估计为20 nK，我们观察到的局部温度低至1.5 nK，最终全球温度为9 nK。可能的冷却机制包括绝热减压，量子临界区附近的态密度的修改，以及焦耳-汤姆逊效应。** 注：在提交arXiv：0910.1382v1后，在密度测量中发现了系统校正，这是由于成像过程中的三体损失。进行了新的测量，结果支持了缓慢全球动力学的说法。由于方法和分析的重大改变，新文本已被发布为arXiv：1003.0855。
2010-03-09 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Universal Early Coarsening of Quenched Bose Gases
我们研究了原子玻色气体淬火成超流相的早期粗化动力学。使用两步淬火协议，我们有效地控制冷却速率，$r_1$和$r_2$，在通过临界区，分别和之后，测量系统中自发产生的量子涡旋的数量。后者的冷却速率$r_2$调节冷凝物生长期间的温度，从而控制缺陷形成中的早期粗化动力学。我们发现，无论初始冷却速率$r_1$如何，缺陷数都表现出与$r_2$成比例的行为，表明在冷凝物生长的早期阶段存在普遍的粗化动力学。我们的结果表明，早期粗化不仅降低了缺陷密度，而且还影响其随淬火速率的缩放，这超出了Kibble-Zurek机制。
2021-12-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Evaporative cooling of the dipolar radical OH
强迫蒸发冷却的发展使原子物理学发生了革命性的变化：它直接导致了对玻色-爱因斯坦凝聚、量子简并费米气体和凝聚态现象的超冷光晶格模拟的观察。最近，在冷分子气体的生产方面取得了很大进展，其永久电偶极矩有望在这些超冷系统中产生丰富，新颖和可控的相，动力学和化学。然而，虽然在直接冷却和冷缔合技术方面已经取得了许多进展，但由于不利的弹性与非弹性比率以及可用捕获物质中不切实际的缓慢热化速率，蒸发冷却尚未实现。我们现在报告的观察微波强制蒸发冷却的羟基（OH）分子加载从斯塔克减速光束到一个非常高的梯度磁四极阱。我们证明冷却至少一个数量级的温度和三个订单的相空间密度，仅限于我们的光谱测温技术的低温灵敏度。有了蒸发冷却和足够大的初始粒子数，更冷的温度是可能的，甚至这种偶极自由基的量子简并气体--或者任何它可以同情地冷却的东西--现在可能已经触手可及。
2012-09-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rapid Cooling to Quantum Degeneracy in Dynamically Shaped Atom Traps
我们报道了一种快速制备量子简并气体的一般方法。使用174 Yb，我们实现了低至（1.6-1.8）s的实验周期时间，用于产生（0.5-1）× 10^5个原子的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。虽然激光冷却到30 \muK以标准方式进行，但蒸发冷却通过在光阱中进行而高度优化，所述光阱通过利用在一维中快速移动的单个激光束的时间平均电势而动态成形。我们还产生了大的（>10^6）原子数BEC，并成功地模拟了蒸发动力学超过三个数量级的相空间密度。我们的方法为解决量子简并气体产生时间长的问题提供了一种简单而通用的方法。
2016-04-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
A versatile laser system for experiments with cold atomic gases
我们描述了一个简单而紧凑的架构，用于产生所需的所有光学频率的激光冷却，状态准备和检测的原子在超冷铷-87实验从一个单一的780 nm的激光源。特别地，远离冷却转变6.5 GHz的再泵浦光$\sim$通过使用反馈回路配置中的高带宽光纤耦合电光调制器（EOM）来生成。环形再泵浦光产生方案解决了光纤电光调制器有限的功率处理能力特性的问题。我们通过建立一个高原子数的磁光阱（MOT）来演示该系统的功能
2012-09-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Collisional Cooling of Ultracold Molecules
本研究通过极冷Na原子碰撞首次实现了NaLi分子的微纳开尔文级碰撞冷却，弹性与非弹性碰撞比超50，经两阶段蒸发将相空间密度提升20倍并达220 nK，为深度量子简并偶极分子制备提供了新途径。
2024-10-16 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Laser Cooling by Collisional Redistribution of Radiation
光辐射可以冷却物质的一般观点早在1929年就由普林斯海姆提出了。稀释原子气体的多普勒冷却是这一概念的一个非常成功的应用，最近在多级系统中的反斯托克斯冷却已经被探索，最终在固体的光学制冷。辐射的碰撞再分布是一种被提出的不同的冷却机制，涉及原子两能级系统，尽管在中等密度气体中的实验研究迄今为止还没有达到冷却机制。在这里，我们实验证明激光冷却的原子气体的碰撞辐射的再分布的基础上，使用铷原子受到230巴的氩气缓冲气体压力。超密气体中频繁的碰撞使远红失谐的激光束瞬时地转变为共振，而自发衰变发生在接近未扰动的原子共振频率处。在每个激发循环期间，从致密原子样品中提取热能k_B T量级的动能。在使用热非隔离样品的原理实验的证明中，我们实验性地证明了66 K的相对冷却。冷却后的气体密度比多普勒冷却实验中的典型值高出10个数量级以上，冷却功率达到87 mW。未来的前景表明，效果包括研究过冷超过均匀核化温度和光学制冷机。
2009-09-24 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Cooling a strongly-interacting quantum gas by interaction modulation
本文提出一种通过施加接近分子束缚态结合能的磁场调制来冷却强相互作用囚禁量子气体的方法，选择性移除高动能二聚体，在宽泛相互作用强度下实现了$γ=4$的高冷却效率。
2024-10-14 cond-mat.quant-gas
Tracking evaporative cooling of a mesoscopic atomic quantum gas in real time
随着组成粒子数量的减少，多体系统中热力学和输运性质的波动变得越来越重要。超冷原子气体为介观系统的研究提供了一个干净的环境;然而，时间波动的检测受到典型的破坏性检测的阻碍，排除了对同一样品的重复精确测量。在这里，我们克服了这个障碍，利用增强的光-物质耦合在光学腔中进行微创连续测量和跟踪的时间演化的原子数在准二维原子气体蒸发过程中从倾斜的捕获势。我们证明了足够的测量精度来检测原子数波动远低于泊松统计设置的水平。此外，我们通过原子数的两次相关性来表征蒸发过程的非线性和原子从捕获体积中的传输的固有波动。我们的研究结果建立耦合原子-腔系统作为一种新的实验平台，观察在介观冷原子气体的热力学和输运现象，一般来说，铺平了道路，测量多时间关联函数的超冷量子气体。
2021-09-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Optimization of collisional Feshbach cooling of an ultracold nondegenerate gas
优化了非简并区超冷原子的碰撞诱导冷却过程。它利用费什巴赫共振，而不是蒸发冷却中的射频辐射，选择性地将热原子从阱中驱逐出去。使用功能最小化，我们分析表明，最佳的冷却过程中的共振能量必须调整，使其线性遵循的温度。这里，最佳冷却被定义为在固定的冷却持续时间之后使相空间密度最大化。数值蒙特卡罗模拟证实了分析结果。为了模拟更现实的实验条件下，我们表明，背景损失不会改变我们的结论，而额外的非共振两体损失，使较低的初始共振能量与温度的非线性依赖更可取。
2014-12-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cooling bosons by dimensional reduction
本文在纳开尔文温区对强相互作用低维玻色气体实现高灵敏度测温，发现维度约化与强相互作用共同导致一维气体温度显著低于初始三维气体温度。
2023-08-08 cond-mat.quant-gas
Universal Borromean Binding in Spin-Orbit Coupled Ultracold Fermi Gases
Borromean环和Borromean结合是一类有趣的现象，即三个物体连接在一起，而其中任何两个物体是不连接的，广泛存在于自然界中，并已在生物学、化学和物理学系统中发现。以前的研究表明，在物理系统中，这种结合的发生通常依赖于短程成对相互作用势的微观细节，因此是非普遍的。本文报道了具有Rashba自旋-轨道耦合的超冷费米气体中的一种新型Borromean束缚，它对短程相互作用细节具有{ \it普适性}，其束缚能仅依赖于s波散射长度和自旋-轨道耦合强度.我们发现，这种普遍的Borromean绑定的发生是由自旋轨道耦合下的单粒子色散的对称性，因此是{ \it的选择性}，而不是相互作用的选择性。该态在组成费米子的质量比范围内都是稳定的，这在冷原子实验中可以通过Li-Li，K-K和K-Li混合物来实现。我们的结果揭示了对称因子在少体物理中的重要性，并揭示了在具有奇异少体关联的多体系统中新量子相的出现。
2014-08-14 cond-mat.quant-gas
Heating and Cooling in Adiabatic Mixing process
利用Bogoliubov-de Gennes（BdG）方法研究了费米气体两组分绝热混合过程中相互作用对温度变化的影响。我们发现，在绝热混合过程中，绝热膨胀和吸引相互作用的竞争使系统冷却或愈合成为可能，这取决于相互作用的强度和初始温度。分别研究了体相体系和俘获体系的温度变化。
2011-02-18 cond-mat.quant-gas
Parametric cooling of a degenerate Fermi gas in an optical trap
我们展示了一种新的技术用于冷却简并的费米气体在交叉光束的光学偶极阱，其中高能量的原子可以选择性地从陷阱通过调制的刚度的捕获势与非谐捕获频率。我们测量的冷却效果上的参数调制的频率和幅度的依赖性。研究发现，沿轴向俘获势的大的非谐性允许产生能量分布各向异性的简并费米气体，其中云的轴向能量可以降低到基态值。
2015-12-03 cond-mat.quant-gas
