Acta Physica Sinica
Rotating Dipolar Quantum Gas in a Box Trap
LI Shicheng, WANG Shuai, Xingcan Yao
Abstract
盒型势阱提供了均匀且边界锐利的囚禁势,有效避免了简谐势阱所固有的势场非均匀性,为研究偶极量子气体的旋转效应提供了理想平台。本文在旋转参考系下求解三维扩展 Gross–Pitaevskii方程,采用分步 Crank–Nicolson 方法结合虚时演化,系统研究了盒型势阱中偶极玻色气体的基态密度分布与旋转下的涡旋构型。数值研究发现,随接触散射长度 as 减小,径向环状密度调制连续增强,但体系始终保持旋转对称性;当 as 降至临界值时,旋转对称性发生自发破缺,角向密度调制突然涌现。引入旋转后,当转动频率超过临界值,表面模式的软化使多个涡旋近乎同时进入凝聚体,总环量量子数随之由零跃变为有限值。相对偶极强度的增大进一步软化了表面模式,降低了涡旋成核的能量代价,使涡旋在更低转动频率下即可出现。随转动频率继续升高,离心势将原子推向体系边缘,中心形成低密度区域;涡旋向中心汇聚,形成当前空间分辨率下不可分辨的,具有多环量量子数的中心结构,并与外围项链状单量子涡旋共存,这明显不同于简谐势阱中常见的 Abrikosov 涡旋晶格。上述结果表明,盒型势阱的锐利边界与偶极相互作用共同决定了旋转偶极超流中量子涡旋的空间构型,为后续实验研究盒型势阱中的偶极量子气体提供了理论参考。