Acta Physica Sinica
Interaction Effects in Spin-Orbit-Coupled Bose-Einstein Condensates
HE Junkai, HE Liangjun, ZHANG Yongchang, Xiaofei Zhang, Biao Dong
Abstract
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。