ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭНШТЕЙНА Построено кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен случай, когда в элементарных возбуждениях определяющей является фононная компонента.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭНШТЕЙНА Построено кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен случай, когда в элементарных возбуждениях определяющей является фононная компонента.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СКАЧОК В ВЫРОЖДЕННЫХ КВАНТОВЫХ ГАЗАХ С ЭНЕРГИЕЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ БОГОЛЮБОВА И ПРИ НАЛИЧИИ КОНДЕНСАТА БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА Построено линеаризованное кинетическое уравнение, моделирующее поведение вырожденного квантового бозе-газа с частотой столкновений, зависящей от импульса элементарных возбуждений.Рассмотрен общий случай зависимости энергии элементарных возбуждений от импульса согласно формуле Боголюбова.Получено аналитическое решение полупространственной граничной задачи о скачке температуры на границе вырожденного бозе-газа при наличии конденсата Бозе-Эйнштейна.Получено выражение для сопротивления Капицы.
В данной работе рассматривается концепция фононного волновода, созданного на основе конденсата Бозе-Эйнштейна, находящегося в кристаллической решётке. Приводится математическое описание взаимодействия фононного конденсата с электромагнитными волнами, используя уравнения Шредингера для фононов и уравнения Максвелла для электромагнитных полей. Модель предсказывает идеальный волновод с минимальными потерями энергии при распространении волн, что открывает новые возможности для создания сверхпроводящих волноводов.
Одной из наиболее важных характеристик бозе-эйнштейновского конденсата является пространственная когерентность - свойство системы иметь одну и ту же волновую функцию в разных точках, разделенных расстоянием, превышающим тепловую длину волны де Бройля. Для понимания процессов, управляющих конденсацией Бозе-Эйнштейна, важно знать, как быстро устанавливается когерентность во всей системе во время образования конденсата. В теоретических работах [1,2] было показано, что процесс конденсации частиц имеет три стадии: релаксация частиц низкоэнергетическую или так называемую когерентную область, где кинетическая энергия частицы имеет порядок ее энергии взаимодействия с другими частицами, формирование “квазиконденсата” (сглаживание колебаний плотности) и “истинного конденсата” (установление в системе частиц дальнего порядка). Экспериментально динамика формирования пространственной когерентности впервые была исследована для газа ультрахолодных атомов в работе, [3] где было обнаружено, что когерентная область расширяется с постоянной скоростью около 0,1 мм/с. В исследованиях системы экситонных поляритонов (ЭП) в GaAs микрорезонаторах (МР) при межзонном возбуждении, когда ЭП конденсат формируется благодаря стимулированному рассеянию экситонов из фотовозбужденного экситонного резервуара на дно ЭП ветки, было найдено, что пространственная когерентность формирующегося конденсата распространяется со скоростью около 5.107 см/с. При этом взаимодействие конденсата с экситонным резервуаром ведет к частичной декогерентности конденсата, максимальная длина когерентности находится при плотностях возбуждения, превышающих пороговую не более, чем в 1.5-2 раза и лежит в пределах 20 мкм. В этой работе исследовано формирование пространственной когерентности в ЭП системе при резонансном возбуждении ЭП некогерентными пс импульсами в широкой области квазиимпульсов без возбуждения экситонного резервуара. Исследована ЭП система в 2 GaAs/AlGaAs МР с 4 наборами из 3 In0.05Ga0.95As квантовых ям толщиной 10 нм. Добротность МР Q>104 , расщепление Раби – 7.5 мэВ. ЭП возбуждались сходящимся лазерным лучом с большой апертурой (~ 26o ) выше дна ЭП ветки ELP на 0.7 мэВ. Пространственная корреляционная функция 1-го порядка g(1)(x,t=0) находилась из анализа интерференции излучения ЭП из разных точек на образце. Найдено, что при Т=2 К нарастание когерентности в ЭП системе в отсутствие экситонного резервуара происходит крайне медленно: даже на временах ~250 пс: величина g(1)(x) <0.2 уже при х=2,5 мкм. При повышении Т выше 30 К происходит существенное ускорение установления когерентности: длина когерентности 5 мкм достигается на временах ~ 100 пс. Ускорение релаксации ЭП в когерентную область с ростом температуры ускорением установления теплового равновесия в системе ЭП благодаря включению механизма некогерентного рассеяния ЭП на фононах.
Построена теория эффекта фотонного увлечения двумерного газа дипольных экситонов. Эффект изучен как в нормальной фазе экситонного газа, так и в режиме бозе-эйнштейновского конденсата. Показано, что в нормальной фазе плотность потока экситонов, увлекаемых светом, может иметь резонансное поведение как функция частоты света в случае, если частота фотона близка к энергии перехода между уровнями дискретного спектра экситона. Теория эффекта увлечения экситонного конденсата строится на основе модели Боголюбова для слабонеидеального бозе-газа. Анализ отклика бозе-конденсата на воздействие света показывает, что возможны два типа процессов возбуждения бозе-частиц из конденсата в состояние с ненулевым неправленым значением импульса центра масс. Первый процесс обусловлен прямым поглощением фотона с переходом экситона из конденсата в надконденсатное состояние с ненулевым импульсом (с возбуждением внутренней степени свободы). Такие процессы на энергетической диаграмме практически вертикальны и дают резонансное поведение потока экситонов как функции частоты, аналогично случаю нормальной фазы экситонного газа. Вторые процессы являются непрямыми на энергетической диаграмме и сопровождаются испусканием боголюбовского возбуждения, при переходе индивидуального экситона в надконденсатное состояние. Испускание боголюбовской квазичастицы является прямым требованием законов сохранения: квант колебаний плотности конденсата уносит импульс, необходимый для осуществления непрямого перехода с участием фотона. Таким образом, коллективные возбуждения конденсата играют роль «третьего тела» для непрямых переходов. При этом оба перехода – прямой и непрямой – описываются одним – первым – порядком теории возмущений. Расчет показывает, что непрямые переходы приводят к квантованию (ступенчатому поведению) потока экситонов как функции частоты света, при этом каждая «ступенька» соответствует возбуждению внутренней степени свободы экситона. При частоте света, превосходящей потенциал ионизации индивидуального экситона, в системе индуцируется электрической ток, обусловленный распадом экситона на электрон и дырку. Показано, что по частотному поведению фотоиндуцированного электрического тока возможно детектировать фазовое состояние экситонного газа, в том числе, определять наличие в системе экситонного конденсата.
В рамках справедливости теории возмущений получено и исследовано аналитическое выражение для поглощенной энергии электромагнитного импульса с гауссовской огибающей при возбуждении неоднородно уширенного перехода. Проанализирована зависимость поглощенной энергии от длительности импульса и относительной отстройки его несущей частоты от центральной частоты перехода. Определена область значений параметров задачи, в которой наиболее выражена нелинейность рассматриваемой зависимости.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ РЕНЬИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ КВАНТОВЫХ ДИССИПАТИВНЫХ СИСТЕМ В СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ Развит формализм для описания квантовых диссипативных систем в статистической механике, опирающийся на квантовую энтропию Реньи.Из принципа максимума квантовой энтропии Реньи получено квантовое распределение Реньи.Дифференцированием квантового распределения Реньи (температурной матрицы плотности) по обратной температуре получено уравнение Блоха.Далее методом фейнмановского интеграла по траекториям с модифицированным функционалом Менского получено уравнение типа Линблада.С помощью проекционных операторов из этого уравнения выведено интегродифференциальное уравнение для сокращенного температурного статистического оператора, которое является аналогом уравнения Цванцига в статистической механике, и найдено его формальное решение в виде ряда в классе суммируемых функций.