Quantum phases of Bose-Einstein condensates with synthetic spin - orbital-angular-momentum coupling
超冷原子中激光诱导Raman跃迁产生的自旋轨道耦合的实验实现为探索新的超流物理和模拟奇异的多体现象铺平了道路。最近的一个建议,使用拉盖尔-高斯激光器,使另一种基本类型的自旋和轨道角动量(SOAM)之间的耦合在超冷原子。在此,我们研究了一个现实的玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)的量子相位与这种合成的SOAM耦合在一个盘形的几何形状,尊重径向不均匀性的拉曼耦合。我们发现,实验系统自然地驻留在一个强相互作用的制度,其中的相图显着偏离单粒子图片。SOAM耦合和相互作用之间的相互作用导致丰富的结构,自旋分辨的位置和动量分布,包括条纹相和各种类型的不混溶状态。我们的研究结果将为SOAM耦合BEC的实验研究提供指导。
2015-05-31 cond-mat.quant-gas
Programmable Gauge-Field Textures with Ultracold Atoms in Momentum Space
Zhejiang University(浙江大学);East China Normal University(华东师范大学);The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Xi’an Jiaotong University(西安交通大学)
通过超冷原子动量态晶格实现局部可控的Peierls相位,构建可编程的Harper-Hofstadter模型,观测到磁通调制的动力学、霍尔漂移及通量畴壁导引的各向异性传播。
2026-06-16 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
The synthetic gauge field and exotic vortex phase with spin-orbital-angular-momentum coupling
本文提出在旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中用行波与拉盖尔-高斯激光场产生合成规范场,研究自旋-轨道角动量耦合下的奇异涡旋基态,发现旋转对称性破缺相变及合成磁场对密度分布的表征作用。
2024-06-28 cond-mat.quant-gas
Momentum-resolved two-dimensional spectroscopy as a probe of nonlinear quantum field dynamics
Università degli Studi di Palermo(巴勒莫大学);ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院);TU Wien(维也纳工业大学)
本文提出利用超冷原子系统的空间分辨率与二维光谱的非线性探测能力,研究相互作用量子多体系统的集体激发现象,揭示多体特征并为量子模拟器提供诊断工具。
2025-09-29 cond-mat.quant-gas nlin.PS quant-ph
Modulation instability in the nonlinear Schrödinger equation with a synthetic magnetic field: gauge matters
从理论上研究了服从非线性薛定谔方程的系统在外加均匀合成磁场作用下的调制不稳定性现象。对于一个初始条件,不稳定性检测数值比较动力学和没有一个小的初始扰动,扰动的特点是在一个标准的方式在动量空间中的波矢量。我们证明了在相同的初始条件下,动量空间中的(不)稳定区域以及实空间中的时间演化取决于规范的选择(即,矢量势)用于描述均匀合成磁场。这表面上看起来好像规范不变性被打破了,但这不是真的。当系统在两个不同的量规中从相同的初始条件演化时,其等效于在$t=0$处突然打开合成磁场。通过法拉第定律,这引起了合成电场对波包的初始瞬时反冲,这对于在$t>0$产生相同均匀磁场的仪表可能不同。
2020-03-27 cond-mat.quant-gas physics.optics
Bloch Oscillations of Driven Dissipative Solitons in a Synthetic Dimension
合成维度的工程设计允许通过耦合物理系统的离散自由度来构建虚构的晶格结构,例如电磁腔的量子化模式或原子的内部状态。这种方法使静态和动态布洛赫带性质的研究在没有一个真正的周期性晶格结构。到目前为止,绝大多数的实现都集中在线性和保守的过程,与潜在的丰富的物理和机会提供的非线性和耗散仍然在很大程度上未被探索。在这里,我们从理论上和实验上研究布洛赫带传输,非线性和耗散之间的复杂的相互作用,探索如何实现在相干驱动的光学谐振腔的频率空间中的合成尺寸影响系统的非线性波的动态。特别是,我们观察和研究了沿合成频率维度发生的非线性耗散布洛赫振荡,该振荡由谐振器中无限持续的局部耗散结构(孤立子)维持。耗散孤子态的独特性质可以将合成维度的有效尺寸扩展到远远超过线性区域中所实现的尺寸,并且能够实现长寿命的布洛赫振荡和对底层能带结构的高分辨率探测。除了代表布洛赫振荡和耗散孤子之间的相互作用的第一个实验研究,我们的工作建立克尔谐振器作为一个理想的平台,在长尺度合成维度的非线性动力学的研究,在拓扑光子学有前途的应用。
2021-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Synthetic dissipation and cascade fluxes in a turbulent quantum gas
尺度不变通量是湍流叶栅的定义性质,但其直接测量是一个众所周知的问题。在这里,我们执行这样的测量湍流量子气体中的直接能量级联。利用时间周期力,我们在一个大的长度尺度上注入能量,并在均匀囚禁的玻色气体中产生级联。可调节的陷阱深度提供了高动量截止$k_{\textrm{D}}$,其实现了合成耗散尺度。这使我们能够直接获得粒子通量穿过半径为$k_{\textrm{D}}$的动量壳层,而$k_{\textrm{D}}$的可调性允许清楚地演示湍流的第零定律:我们观察到,对于固定的强迫,粒子通量在无耗散极限$k_{\textrm{D}}\rightarrow \infty$中作为$k_{\textrm{D}}^{-2}$消失,而能量通量与$k_{\textrm{D}}$无关。此外,我们的时间分辨测量提供了独特的访问前稳态动力学,当叶栅前在动量空间中传播。
2018-07-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quench dynamics of a Bose-Einstein condensate under synthetic spin-orbit coupling
我们研究了拉曼辅助合成自旋轨道耦合下玻色-爱因斯坦凝聚体的猝灭动力学。为了模拟动力学过程,我们采用了自洽的Bogoliubov方法,这相当于应用时间相关的Bogoliubov-de-Gennes方程。我们研究了系统参数突然变化后玻色气体的动量分布以及凝析分数的动态变化。通常,系统在长时间限制内演变为稳态,其特征是振荡的动量分布和取决于猝灭参数的固定冷凝物分数。我们研究了不同的猝灭参数,如物种间和物种内的相互作用和自旋轨道耦合参数如何影响稳态下的凝聚分数。此外,我们发现,在长时间限制的振荡动量分布的时间平均可以描述的广义吉布斯系综与两个分支的动量依赖吉布斯温度。我们的研究与自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体动力学过程的实验研究有关。
2016-05-30 cond-mat.quant-gas
Ballistic, diffusive, and arrested transport in disordered momentum-space lattices
光晶格中的超冷原子为研究无序驱动现象提供了一个独特的平台。虽然静态无序位势已经在许多光晶格实验中进行了探索,但缺乏对位能和非对角隧穿无序的更一般的控制。使用原子量子态作为“合成维度”,引入了光谱学、位置分辨控制,这是设计新的、更有针对性的无序实现所必需的。在这里,通过控制激光驱动的动量空间晶格中原子布居动力学,我们扩展了基于合成维数的量子模拟的范围,并首次探索了原子系统中的动力学无序和隧穿无序。通过对一维晶格施加静态隧穿相位无序,我们观察到了与均匀隧穿情况相同的弹道量子扩展。当应用的无序波动的时间尺度可比的intersite隧道,我们反而观察到扩散原子运输,信号从量子到经典的膨胀动力学的交叉。我们比较这些意见的情况下,静态的网站,能量紊乱,我们直接观察到量子局域化的动量空间晶格。
2017-01-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Nonlinear synthetic gauge potentials and sonic horizons in Bose-Einstein condensates
在玻色-爱因斯坦凝聚体中的声子可以通过控制凝聚流的速度来表现得好像它们在弯曲的时空中传播一样。看似与此无关,人工规范势可以通过例如将两个原子能级耦合到激光场来在电荷中性的原子凝聚体中诱导。在这里,我们连接这两个世界,并表明,合成相互作用规范场,即,密度相关的规范势,诱导声子的非平凡时空结构。这允许创建新的时空几何形状,它不依赖于冷凝物的流速,而是依赖于易于控制的横向激光相位。利用这一点,我们展示了如何在一个固定的凝聚体中创建人工黑洞,我们模拟了Reissner-Nordström黑洞中的电荷,并通过创建de Sitter时空诱导宇宙学视界。然后,我们展示了如何将这个德西特时空与黑洞结合起来,这也为在实验中研究其量子稳定性提供了可能性。
2018-10-05 cond-mat.quant-gas gr-qc
Exploring quantum signatures of chaos on a Floquet synthetic lattice
遍历性和混沌在多粒子系统的动力学行为中起着不可或缺的作用,并且对统计力学的表述至关重要。尽管如此,对封闭量子系统的动力学演化中随机性和混沌如何出现的一般理解仍然难以捉摸。在这里,我们开发了一个实验平台,实现规范量子混沌哈密顿的基础上量子模拟与合成格。我们将一个有效量子自旋的角动量投影态映射到$^{87}$ Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的线性动量态上,这些线性动量态也可以被看作是合成维中的晶格位置。这种合成晶格,与本地和动态控制的紧束缚晶格参数,使新的能力相关的量子混沌的实验研究。特别是,我们的系统的能力让我们调整我们的自旋的有效大小,使我们能够说明经典混沌如何从离散量子系统中出现。此外,我们的合成晶格的光谱控制,使我们能够探索我们的自旋的动力学的独特方面,通过测量出的时间顺序的关联函数,并使未来的调查到全新类别的混沌系统。
2017-05-18 cond-mat.quant-gas nlin.CD quant-ph
Numerical solution of the stationary multicomponent nonlinear Schrödinger equation with a constraint on the angular momentum
提出了求解定常非线性薛定谔方程(NLSE)的阻尼振荡粒子方法。基态解由一个收敛的阻尼振荡演化方程得到,该方程可以用辛数值方法离散。该方法被证明为三种不同的情况下:为单组分NLSE与吸引力的自相互作用,为单组分NLSE与排斥的自相互作用和角动量的约束,和为两个组件的NLSE与约束的总角动量。我们重现了[A]中描述的单组分情况下的所谓yrast曲线。D.杰克逊等人,欧罗巴Lett. 95,30002(2011)],并首次产生了双分量NLSE的类似曲线。数值结果与解析解和竞争的数值方法进行了比较。我们的方法是非常适合于处理一个大类的方程,可以很容易地适应进一步的约束和组件。
2016-03-02 cond-mat.quant-gas physics.comp-ph
Bright solitons in a spin-tensor-momentum-coupled Bose-Einstein condensate
最近有人提出在原子玻色-爱因斯坦凝聚体中实现自旋-张量-动量耦合。本文研究了自旋-张量-动量耦合和自旋-轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体中的亮孤子。自旋张量动量耦合和自旋轨道耦合亮孤子的性质和动力学是不同的。我们将差异贡献给不同的对称性。
2020-01-23 cond-mat.quant-gas
Synthetic Dimensions with Magnetic Fields and Local Interactions in Photonic Lattices
我们讨论了如何实现一个光子器件,结合合成尺寸和合成磁场与空间局部相互作用。使用环形腔阵列,每个腔周围的角坐标跨越合成维度。合成磁场的产生是由于腔间光子跳跃与角动量的变化相关联。光子-光子相互作用在每个腔周围的周期角坐标中是局部的。实验观察到的后果的合成磁场和当地的相互作用指出。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics