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物理学前沿：英文版

Spin-orbit coupling in Bose-Einstein condensate and degenerate Fermi gases

Pengjun, Wang, Jing, Zhang

Published Jan 1, 2014• 0 citations
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Abstract

我们考察我们一条纺纱轨道的最近的试验性的实现和调查(那么) 联合 Bose 爱因斯坦冷凝物(BEC ) 和量堕落费密气体。由使用二相反繁殖的拉曼激光并且控制二拉曼激光的不同频率设计原子光相互作用，我们首先学习那么在 BEC 联合。然后，我们学习因此在费密气体联合。我们作为那么在费密气体联合的特点在旋转动力学和平衡状态的动量分发不对称现象观察旋转 dephasing。清楚地揭示那么联合费密气体的性质，我们也学习描绘精力动量分散和量状态的旋转作文的解决动量的无线电频率光谱学。我们与不同原子密度在不同 helicity 分支观察费米子表面的变化，它显示费密表面拓扑学的 Lifshitz 转变变化能被进一步使系统凉下来发现。最后，我们学习 ultracold 费密气体的解决动量的拉曼光谱学。

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Effective mass approach for a Bose-Einstein condensate in an optical lattice

Duan Duan, ZhengLu, Steel +4 more

我们与另外的限制在一个周期的光潜力为 Bose 爱因斯坦冷凝物(BEC ) 学习静止、繁殖的答案光或磁性的潜力。用有效集体近似，我们以慢慢地变化的信封 modulating 表示冷凝物波浪功能光格子的 Bloch 模式。在弱非线性的限制，我们为不包含格子的快速的摆动的信封功能的繁殖导出一个非线性的 Schrodinger 方程。我们然后在弱、中等、强壮的非线性的相互作用的政体详细考虑扎根的州的答案。我们描述在每政体适当的答案的形式，并且把小心的限制放在答案的每种类型的有效性上。最后，我们扩大学习到旋量的宣传动力学在一个光格子和一些有趣的现象的原子 BEC 被揭示。

中国科学通报：英文版•Jan 1, 2009•0 citations

Interaction Effects in Spin-Orbit-Coupled Bose-Einstein Condensates

HE Junkai, HE Liangjun, ZHANG Yongchang +2 more

自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling,SOC）可以使粒子的内部自由度与外部运动自由度产生关联，并显著影响单粒子的色散关系，是研究新奇宏观量子态和非平庸超流态的重要手段。与固体材料中天然固有的SOC不同，冷原子体系中的SOC可通过原子与光场之间的相互作用实现，具有较高的可操控性，从而为量子模拟提供了重要平台。本文从相互作用效应的角度综述自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体（spin-orbit-coupling Bose-Einstein condensate,SOC-BEC）的理论进展。首先介绍冷原子体系中SOC的基本实现方式及一维拉曼型SOC对单粒子色散谱的影响，指出在一维SOC-BEC中单粒子基态可在非零动量处发生二重简并。随后讨论短程相互作用对体系基态相的影响，分析了由此呈现出的基态相图特征，以及条纹相、平面波相和零动量相之间的相变，同时还介绍了基态相的低能激发谱与宏观动力学响应的关键特征，以及真实实验条件下量子涨落、有限温度和有限尺寸效应对以上性质的修正。接下来继续综述长程相互作用对体系基态结构、空间密度调制、自组织结构、自旋纹理以及超固体相稳定性的影响。总体而言短程相互作用和长程相互作用共同影响SOC-BEC的基态、低能激发和动力学行为，并为研究条纹相的超固体特征、长程相互作用主导的超固体相及相关拓扑结构，以及在实验上探测这些相提供了可调控的量子气体平台。

Acta Physica Sinica•Sep 4, 2026•0 citations

Ground-state properties of spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates with Lee-Huang-Yang corrections

Wu Jixuan, Chen Yuanyuan

在自旋轨道耦合自旋-1/2的玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）中引入李黄杨（LHY）修正，系统哈密顿量中出现新的相互作用项，利用变分法求解系统基态，并得到相边界和三相点。通过量子相图发现LHY相互作用对基态相具有明显的调制作用，条纹相区域明显变大，平面波相减小，并出现两种零动量相，由此系统中出现了新的三相点。在LHY作用下，条纹相还可以出现在组分内相互作用小于组分间相互作用的系统中，这在平均场理论下是没有出现的。研究结果表明，李黄杨相互作用可以为玻色爱因斯坦凝聚体的量子调控提供新的工具。

Acta Physica Sinica•Jan 1, 2026•0 citations

Spin-orbit coupling in Bose-Einstein condensate and degenerate Fermi gases

Pengjun Wang, Jing Zhang

We review our recent experimental realization and investigation of a spin-orbit (SO) coupled Bose-Einstein condensate (BEC) and quantum degenerate Fermi gas. By using two counter-propagating Raman lasers and controlling the different frequency of two Raman lasers to engineer the atom-light interaction, we first study the SO coupling in BEC. Then we study SO coupling in Fermi gas. We observe the spin dephasing in spin dynamics and momentum distribution asymmetry of the equilibrium state as hallmarks of SO coupling in a Fermi gas. To clearly reveal the property of SO coupling Fermi gas, we also study the momentum-resolved radio-frequency spectroscopy which characterizes the energy-momentum dispersion and spin composition of the quantum states. We observe the change of fermion surfaces in different helicity branches with different atomic density, which indicates that a Lifshitz transition of the Fermi surface topology change can be found by further cooling the system. At last, we study the momentum-resolved Raman spectroscopy of an ultracold Fermi gas.

Frontiers of Physics•Oct 1, 2014•10 citations

Spin-Orbit Coupled Degenerate Fermi Gases

Pengjun Wang, Zeng-Qiang Yu, Zhengkun Fu +5 more

In this Letter, we report the first experimental realization and investigation of a spin-orbit coupled Fermi gas. Both spin dephasing in spin dynamics and momentum distribution asymmetry of the equilibrium state are observed as hallmarks of spin-orbit coupling in a Fermi gas. The single particle dispersion is mapped out by using momentum-resolved radio-frequency spectroscopy. From momentum distribution and momentum-resolved radio-frequency spectroscopy, we observe the change of fermion population in different helicity branches consistent with a finite temperature calculation, which indicates that a Lifshitz transition of the Fermi surface topology change can be found by further cooling the system.

arXiv:1204.1887•Physical Review Letters•Aug 27, 2012•934 citations

Ground states and elementary excitations of spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates in a Zeeman lattice

LIU Keyan, Yujie Zhao, Cheng Haiyu +2 more

本文系统研究了一维塞曼晶格中拉曼诱导自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的基态性质及其元激发。通过分析单粒子能带结构，揭示了晶格势与自旋轨道耦合之间的竞争如何导致准动量分布的非平庸重构，并发现准动量随拉曼耦合强度演化过程中呈现显著的复归行为，同时阐明了布里渊区边界处由对称性保护的能带简并机制。在考虑多体相互作用时，结合变分方法与Gross-Pitaevskii方程，系统刻画了包括带边态、单动量布洛赫态、条纹态及带中心态在内的完整基态相图。进一步基于Bogoliubov-de Gennes理论计算元激发谱，并获得对应的密度与自旋结构因子。上述结果为理解人造规范场中超冷原子体系的量子相变及其集体激发提供了理论依据。

Acta Physica Sinica•Jan 1, 2026•0 citations
我们考察我们一条纺纱轨道的最近的试验性的实现和调查(那么) 联合 Bose 爱因斯坦冷凝物(BEC ) 和量堕落费密气体。由使用二相反繁殖的拉曼激光并且控制二拉曼激光的不同频率设计原子光相互作用，我们首先学习那么在 BEC 联合。然后，我们学习因此在费密气体联合。我们作为那么在费密气体联合的特点在旋转动力学和平衡状态的动量分发不对称现象观察旋转 dephasing。清楚地揭示那么联合费密气体的性质，我们也学习描绘精力动量分散和量状态的旋转作文的解决动量的无线电频率光谱学。我们与不同原子密度在不同 helicity 分支观察费米子表面的变化，它显示费密表面拓扑学的 Lifshitz 转变变化能被进一步使系统凉下来发现。最后，我们学习 ultracold 费密气体的解决动量的拉曼光谱学。
我们与另外的限制在一个周期的光潜力为 Bose 爱因斯坦冷凝物(BEC ) 学习静止、繁殖的答案光或磁性的潜力。用有效集体近似，我们以慢慢地变化的信封 modulating 表示冷凝物波浪功能光格子的 Bloch 模式。在弱非线性的限制，我们为不包含格子的快速的摆动的信封功能的繁殖导出一个非线性的 Schrodinger 方程。我们然后在弱、中等、强壮的非线性的相互作用的政体详细考虑扎根的州的答案。我们描述在每政体适当的答案的形式，并且把小心的限制放在答案的每种类型的有效性上。最后，我们扩大学习到旋量的宣传动力学在一个光格子和一些有趣的现象的原子 BEC 被揭示。
自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling,SOC）可以使粒子的内部自由度与外部运动自由度产生关联，并显著影响单粒子的色散关系，是研究新奇宏观量子态和非平庸超流态的重要手段。与固体材料中天然固有的SOC不同，冷原子体系中的SOC可通过原子与光场之间的相互作用实现，具有较高的可操控性，从而为量子模拟提供了重要平台。本文从相互作用效应的角度综述自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体（spin-orbit-coupling Bose-Einstein condensate,SOC-BEC）的理论进展。首先介绍冷原子体系中SOC的基本实现方式及一维拉曼型SOC对单粒子色散谱的影响，指出在一维SOC-BEC中单粒子基态可在非零动量处发生二重简并。随后讨论短程相互作用对体系基态相的影响，分析了由此呈现出的基态相图特征，以及条纹相、平面波相和零动量相之间的相变，同时还介绍了基态相的低能激发谱与宏观动力学响应的关键特征，以及真实实验条件下量子涨落、有限温度和有限尺寸效应对以上性质的修正。接下来继续综述长程相互作用对体系基态结构、空间密度调制、自组织结构、自旋纹理以及超固体相稳定性的影响。总体而言短程相互作用和长程相互作用共同影响SOC-BEC的基态、低能激发和动力学行为，并为研究条纹相的超固体特征、长程相互作用主导的超固体相及相关拓扑结构，以及在实验上探测这些相提供了可调控的量子气体平台。
在自旋轨道耦合自旋-1/2的玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）中引入李黄杨（LHY）修正，系统哈密顿量中出现新的相互作用项，利用变分法求解系统基态，并得到相边界和三相点。通过量子相图发现LHY相互作用对基态相具有明显的调制作用，条纹相区域明显变大，平面波相减小，并出现两种零动量相，由此系统中出现了新的三相点。在LHY作用下，条纹相还可以出现在组分内相互作用小于组分间相互作用的系统中，这在平均场理论下是没有出现的。研究结果表明，李黄杨相互作用可以为玻色爱因斯坦凝聚体的量子调控提供新的工具。
We review our recent experimental realization and investigation of a spin-orbit (SO) coupled Bose-Einstein condensate (BEC) and quantum degenerate Fermi gas. By using two counter-propagating Raman lasers and controlling the different frequency of two Raman lasers to engineer the atom-light interaction, we first study the SO coupling in BEC. Then we study SO coupling in Fermi gas. We observe the spin dephasing in spin dynamics and momentum distribution asymmetry of the equilibrium state as hallmarks of SO coupling in a Fermi gas. To clearly reveal the property of SO coupling Fermi gas, we also study the momentum-resolved radio-frequency spectroscopy which characterizes the energy-momentum dispersion and spin composition of the quantum states. We observe the change of fermion surfaces in different helicity branches with different atomic density, which indicates that a Lifshitz transition of the Fermi surface topology change can be found by further cooling the system. At last, we study the momentum-resolved Raman spectroscopy of an ultracold Fermi gas.
In this Letter, we report the first experimental realization and investigation of a spin-orbit coupled Fermi gas. Both spin dephasing in spin dynamics and momentum distribution asymmetry of the equilibrium state are observed as hallmarks of spin-orbit coupling in a Fermi gas. The single particle dispersion is mapped out by using momentum-resolved radio-frequency spectroscopy. From momentum distribution and momentum-resolved radio-frequency spectroscopy, we observe the change of fermion population in different helicity branches consistent with a finite temperature calculation, which indicates that a Lifshitz transition of the Fermi surface topology change can be found by further cooling the system.
本文系统研究了一维塞曼晶格中拉曼诱导自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的基态性质及其元激发。通过分析单粒子能带结构，揭示了晶格势与自旋轨道耦合之间的竞争如何导致准动量分布的非平庸重构，并发现准动量随拉曼耦合强度演化过程中呈现显著的复归行为，同时阐明了布里渊区边界处由对称性保护的能带简并机制。在考虑多体相互作用时，结合变分方法与Gross-Pitaevskii方程，系统刻画了包括带边态、单动量布洛赫态、条纹态及带中心态在内的完整基态相图。进一步基于Bogoliubov-de Gennes理论计算元激发谱，并获得对应的密度与自旋结构因子。上述结果为理解人造规范场中超冷原子体系的量子相变及其集体激发提供了理论依据。