超冷原子体系由于其干净的环境和高度可控的参数, 一直被认为是量子模拟的理想平台. 实验上, 迄今已有很多有趣的量子多体态在超冷原子气体中被制备出来; 而基于超冷原子气体的量子模拟理论方案更是层出不穷. 近来, 人工规范势和人工自旋轨道耦合先后在超冷原子气体中被实现. 这项技术的发展极大的拓展了基于冷原子量子模拟的可能性, 引起了研究者极大的兴趣. 最近,一篇发表于《中国科学: 物理学, 力学, 天文学》(2015年第1期)的综述系统地总结了有人工自旋轨道耦合的超冷费米气体中配对超流态的理论研究进展. 这项名为《有自旋轨道耦合的超冷费米气体中的配对超流》综述工作发表于《中国科学: 物理学, 力学, 天文学》2015年第1期, 由中国科学技术大学易为教授, 中国人民大学张威教授和中国科学院物理研究所崔晓玲研究员共同撰写.

在凝聚态体系中, 自旋轨道耦合在量子自旋霍尔效应, 拓扑绝缘相, 拓扑超导态等近年来受到很多关注的物相中起着关键的作用. 随着超冷原子气体中人工自旋轨道耦合技术的出现, 人们自然希望能够在超冷原子气体中对实现对这些新奇物相的量子模拟. 由于超冷原子的高度可控性, 原则上人们可以实现不同空间维度中不同形式的人工自旋轨道耦合. 该综述系统地分析了不同形式的人工自旋轨道耦合在不同空间维度的超冷费米气体中配对超流相的特性, 并由此总结出自旋轨道耦合在这些不同体系中的一个共同影响是对单体色散的改变. 围绕这一点, 该文仔细讨论了由于自旋轨道耦合诱导的单体色散对超冷费米气体中的拓扑超流态, 无能隙超流态, 拓扑Fulde-Ferrell等新奇配对超流态的影响. 基于这一特性, 该文还分析了如何利用这一特点实现新的Fulde-Ferrell配对机制以及奇异的三体态. 该综述通过系统对比不同形式自旋轨道耦合在不同空间维度中对费米气体配对机制的影响, 揭示了人工自旋轨道耦合通过改变单粒子能谱从而稳定新奇配对超流相的物理机制, 对进一步利用人工自旋轨道耦合设计实现新奇物相有重要意义.

图1  自旋轨道耦合作用下单粒子色散示意图. (左图) Rashba形式的自旋轨道耦合; (右图) 目前实验实现的自旋轨道耦合.

该研究得到了科技部973专项基金(批准号: 2011CB921200, 2011CBA00200, 2013CB922000), 国家自然科学基金资助项目 (批准号: 60921091, 10904172, 11104158, 11374177, 11105134, 1127409, 11374283), 中央高校基本科研业务费专项资金 (批准号: WK2470000006), 以及中国人民大学科研基金(批准号: 10XNL016)的资助.

来源论文:

易为, 张威, 崔晓玲. 有自旋轨道耦合的超冷费米气体中的配对超流. 中国科学: 物理学, 力学, 天文学, 2015, 58(1):014201

Yi W, Zhang W, Cui X. Pairing superfluidity in spin-orbit coupled ultracold Fermi gases. Sci China-Phys Mech Astron, 2015, 58(1): 014201

论文链接: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11433-014-5609-8