科学家在偶极量子气体物性研究中取得进展

图1 两组分玻色量子气体

图2 系统在不同参数区的密度及相位分布

　　近日，Nature旗下期刊Scientific Reprots刊发了中国科学院国家授时中心研究员张晓斐研究小组在偶极量子气体物性研究中的科学发现。论文题目为Two-component dipolar Bose-Einstein condensate in concentrically coupled annular traps。

　　中国科学院时间频率基准重点实验室张晓斐、董瑞芳、常宏在研究员张首刚的带领下，与中科院物理研究所及北京大学一起合作，针对偶极量子气体这一热点开展理论研究，取得了较多有意义的成果。他们将具有偶极-偶极相互作用的量子气体加入到一个无此相互作用的玻色气体中，且原子间短程接触相互作用和长程偶极相互作用可以分别通过Feshbach共振和外部旋转磁场来调节（图1）。对于这样一个两组分玻色原子系统，由于偶极-偶极相互作用、短程接触相互作用及外部旋转的相互影响，系统具有丰富的基态相，且可调控的参数也随之增加。他们从最基本的平均场框架下的Gross-Pitaevskii方程出发，通过计算发现其基态具有不同的量子相，且不同相之间的转化可以通过调节偶极相互作用强度来实现。在偶极相互作用下，旋转系统呈现出丰富的拓扑结构：如交错排列的六边形、八边形涡旋团簇，以及环状涡旋链等（图2）。这一发现不但有助于加深对光与物质相互作用的认识，而且可以由当前的超冷原子实验直接进行验证，并为实验上有效地制备和探测这种奇异的量子相提供了便捷条件。

　　该工作得到了国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金相关项目、中科院百人计划项目、中科院西部之光重点项目、陕西省科学技术研究发展计划青年科技新星项目、国家授时中心人才项目的资助。