Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Động lực học Vortex trong một Bộ ngưng tụ Bose-Einstein có liên hợp Spin-Orbit
Tóm tắt
Các vortex trong bộ ngưng tụ Bose–Einstein (BEC) nguyên tố một thành phần loãng thường xuất hiện như một phản ứng đối với sự quay được thúc đẩy bên ngoài. Ngoài một vài tình huống đặc biệt, các vortex này thường được định lượng đơn với lưu lượng đơn vị (Fetter, Rev Mod Phys 81, 647–691, 2009). Gần đây, nhóm NIST đã chế tạo một BEC hai thành phần với Hamiltonian có liên hợp spin-orbit liên quan đến các ma trận Pauli (Spielman, Phys Rev A 79, 063613, 2009; Y.-J. Lin et al., Nature 462, 628–632, 2009; Y.-J. Lin et al., Nature 471, 83–87, 2011), và tôi ở đây nghiên cứu động lực học của một vortex hai thành phần trong một bộ ngưng tụ có liên hợp spin-orbit như vậy. BEC có liên hợp spin-orbit này sử dụng một trường điện từ để tách các mức hyperfine. Do đó, chúng dựa vào một chùm laser tập trung để giữ các nguyên tử. Ngoài ra, hai chùm laser Raman tạo ra một tiềm năng gauge hiệu quả (hoặc tổng hợp). Hamiltonian spin-orbit kết quả được thảo luận một cách chi tiết. Các chùm laser này được cố định trong phòng thí nghiệm, do đó không khả thi để tạo ra một vortex bằng cách áp dụng quay, vì điều đó sẽ cần phải quay tất cả các chùm laser và trường điện từ. Trong một BEC nguyên tố một thành phần, một vortex cũng có thể được tạo ra bằng một sự làm nguội nhiệt, bắt đầu từ trạng thái bình thường và đột ngột làm lạnh sâu vào trạng thái ngưng tụ (Freilich et al., Science 329, 1182–1185, 2010). Tôi đề xuất rằng một phương pháp tương tự sẽ hoạt động cho một vortex trong một BEC có liên hợp spin-orbit. Một vortex như vậy có hai thành phần, và mỗi thành phần có số lượng lượng tử lưu lượng riêng (thường là $$0,\pm 1$$). Nếu cả hai thành phần có cùng một lưu lượng, tôi thấy rằng vortex tổng hợp nên thực hiện precession đồng đều, giống như quan sát trong một BEC thành phần đơn (Freilich et al., Science 329, 1182–1185, 2010). Ngược lại, nếu một thành phần có lưu lượng đơn vị và thành phần kia có lưu lượng bằng không, thì một phần của các quỹ đạo vortex động học sẽ cuối cùng rời khỏi bộ ngưng tụ, cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng cho cấu trúc vortex không bình thường này. Trong bối cảnh của các bộ ngưng tụ exciton–polariton, một vortex như vậy được biết đến với tên gọi là “vortex nửa lượng tử” (Rubo, Phys Rev Lett 99, 106401, 2007; Lagoudakis et al., Science 326, 974–976, 2009).
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
I.B. Spielman, Raman processes and effective gauge potentials. Phys. Rev. A 79, 063613 (2009)
Y.-J. Lin, R.L. Compton, K. Jiménez-García, J.V. Porto, I.B. Spielman, Synthetic magnetic fields for ultracold neutral atoms. Nature 462, 628–632 (2009)
Y.-J. Lin, K. Jiménez-García, I.B. Spielman, Spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates. Nature 471, 83–87 (2011)
A.L. Fetter, A.A. Svidzinsky, Vortices in a trapped dilute Bose-Einstein condensate. J. Phys. Condens. Matter 13, R135–R194 (2001)
A.L. Fetter, Rotating trapped Bose-Einstein condensates. Rev. Mod. Phys. 81, 647–691 (2009)
B.P. Anderson, P.C. Haljan, C.E. Wieman, E.A. Cornell, Vortex precession in Bose-Einstein condensates: observations with filled and empty cores. Phys. Rev. Lett. 85, 2857 (2000)
D.V. Freilich, D.M. Bianchi, A.M. Kaufman, T.K. Langin, D.S. Hall, Real-time dynamics of single vortex lines and vortex dipoles in a Bose-Einstein condensate. Science 329, 1182–1185 (2010)
J. Radić, T.A. Sedrakyan, I.B. Spielman, V. Galitski, Vortices in spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates. Phys. Rev. A 84, 063604 (2011)
A.L. Fetter, Vortex dynamics in spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates. Phys. Rev. A 89, 023629 (2014)
Y.G. Rubo, Half vortices in exciton polariton condensates. Phys. Rev. Lett. 99, 106401 (2007)
K.G. Lagoudakis, T. Ostatnický, A.V. Kavokin, Y.G. Rubo, R. André, B. Deveaud-Plédran, Observation of half-quantum vortices in an exciton-polariton condensate. Science 326, 974–976 (2009)
J. Dalibard, F. Gerbier, G. Juzeliūnas, P. Öhberg, Colloquium: artificial gauge potentials for neutral atoms. Rev. Mod. Phys. 83, 1523–1543 (2011)
H. Zhai, Spin-orbit coupled quantum gases. Int. J. Mod. Phys. B 26, 1230001 (2012)
V. Galitski, I.B. Spielman, Spin-orbit coupling in quantum gases. Nature 494, 49–54 (2013)
N. Goldman, G. Juzeliūnas, P. Öhberg, I. B. Spielman, Light-induced gauge fields for ultracold atoms, arXiv:1308.6533v2 (2013)
H. Zhai, Degenerate quantum gases with spin-orbit coupling, arXiv:1403.8021v1 (2014)
J. Struck, C. Ölschläger, M. Weinberg, P. Hauke, J. Simonet, A. Eckardt, M. Lewenstein, K. Sengstock, P. Windpassinger, Tunable gauge potential for neutral and spinless particles in driven lattices. Phys. Rev. Lett. 108, 225304 (2012)
M. Aidelsburger, M. Atala, M. Lohse, J.T. Barreiro, B. Paredes, I. Bloch, Realization of the Hofstadter Hamiltonian with ultracold atoms in optical lattices. Phys. Rev. Lett. 111, 185301 (2013)
H. Miyake, G.A. Siviloglou, C.J. Kennedy, W.C. Burton, W. Ketterle, Realizing the Harper Hamiltonian with laser-assisted tunneling in optical lattices. Phys. Rev. Lett. 111, 185302 (2013)
G. Jotzu, M. Messer, R. Desbuquois, M. Lebrat, T. Uehlinger, D. Greif, T. Esslinger, Experimental realization of the topological Haldane model. Nature 515, 237–240 (2014)
M. Mancini, G. Pagano, G. Cappellini, L. Livi, M. Rider, J. Catani, C. Sias, P. Zoller, M. Inguscio, M. Dalmonte, L. Fallani, Observation of chiral edge states with neutral fermions in synthetic Hall ribbons, arXiv:1502.02495v1 (2015)
B. K. Stuhl, H.-I. Lu, L. M. Aycock, D. Genkina, and I. B. Spielman, Visualizing edge states with an atomic Bose gas in the quantum Hall regime, arXiv:1502.02496v1 (2015)
J. Jang, D.G. Ferguson, V. Vakaryuk, R. Budakian, S.B. Chung, P.M. Goldbart, Y. Maeno, Observation of half-height magnetization steps in Sr\(_2\)RuO\(_4\). Science 331, 186–188 (2011)
A. Ramanathan, S.R. Muniz, K.C. Wright, R.P. Anderson, W.D. Phillips, K. Helmerson, G.C. Campbell, Partial-transfer absorption imaging: a versatile technique for optimal imaging of ultracold gases. Rev. Sci. Instrum. 83, 083119 (2012)