具有轨道Feshbach共振的多费米背景杂质态问题

势阱和光晶格中的超冷原子气体是近年来物理学研究的热点之一。该领域不仅和原子分子物理、凝聚态物理等学科广泛交叉，而且和精密测量、量子信息和量子计算等应用方向紧密相关。以往的理论和实验研究多关注碱金属原子气体。2015年，张仁等人首先从理论上预言，通过引入电子的轨道运动自由度，并利用不同轨道态塞曼效应的差异，可以在碱土及类碱土金属原子之间实现轨道Feshbach共振，达到调控相互作用的目的[1]；该理论同年即被实验证实[2, 3]。 

对于轨道Feshach共振，由于两个散射通道的原子具有不同的自旋指标，由此导致的原子间等效的自旋交换相互作用也会给体系的多体性质带来影响。作为一类特殊的多体系统，极化子问题多年来受到广泛的关注[4-8]。中国人民大学物理系的张威课题组在理论上研究了类碱土原子气体中的极化子问题[8]，希望借此理解轨道Feshbach共振的多体效应。 

张威等人考虑了一个双组分的费米背景（图1），在开通道与闭通道的基态同时存在两个费米海，在开通道激发态上引入一个杂质粒子，使用Chevy试探波函数来研究体系可能出现的状态，进一步计算了体系能量。可以看到随着体系相互作用的增强，体系总是存在一个吸引极化子态到分子态的转变，且转变点位置随着闭通道费米动量的增加而移动。 

研究了体系的吸引极化子态后，课题组成员又进一步研究了体系的排斥极化子态，绘制出了谱函数图像（图2），观察到了体系排斥极化子态存在一个明显的共振点，对应在准粒子残余以及有效质量等特征量中均出现了明显的非解析行为，且造成体系出现了一个非单调的衰变率。

 References

1.  R. Zhang, Y. Cheng, H. Zhai, and P. Zhang, Orbital Feshbach resonance in alkali-earth atoms, Phys. Rev. Lett. 115, 135301 (2015)

2.  G. Pagano, M. Mancini, G. Cappellini, L. Livi, C. Sias, J. Catani, M. Inguscio, and L. Fallani, Strongly interacting gas of two-electron fermions at an orbital Feshbach resonance, Phys. Rev. Lett. 115, 265301 (2015)

3.  M. Höfer, L. Riegger, F. Scazza, C. Hofrichter, D. R. Fernandes, M. M. Parish, J. Levinsen, I. Bloch, and S. Fölling, Observation of an orbital interaction-induced Feshbach resonance in ¹⁷³Yb, Phys. Rev. Lett. 115, 265302 (2015)

4.  X.-W. Guan, Polaron, molecule and pairing in one-dimensional spin-1/2 Fermi gas with an attractive Delta-function interaction, Front. Phys. 7, 8 (2012)

5.  F. Chevy, Universal phase diagram of a strongly interacting fermi gas with unbalanced spin populations. Phys. Rev. A 74, 278 (2006)

6.  P. Massignan and G. M. Bruun, Repulsive polarons and itinerant ferromagnetism in strongly polarized fermi gases, Eur. Phys. J. D 65, 83 (2011)

7.  J. G. Chen, T. S. Deng, W. Yi, and W. Zhang, Polarons and molecules in a Fermi gas with orbital feshbach resonance, Phys. Rev. A 94, 053627 (2016)

8.  J. G. Chen, Y. R. Shi, X. Zhang, and W. Zhang, Polarons in alkaline-earth-like atoms with multiple background Fermi surfaces, Front. Phys. 13, 136702 (2018)

文献链接：

Jin-Ge Chen, Yue-Ran Shi, Xiang Zhang, and Wei Zhang, Polarons in alkaline-earth-like atoms with multiple background Fermi surfaces, Front. Phys. 13(4), 136702 (2018)