超冷原子-分子暗態(tài)的絕熱性和穩(wěn)定性.pdf

1、超冷分子的研究既聯(lián)系著物理學(xué)的基本理論也聯(lián)系著最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具有很高的理論意義和重要的應(yīng)用價(jià)值。超冷分子的產(chǎn)生是原子冷卻技術(shù)的延伸，也是致冷技術(shù)的挑戰(zhàn)。由于分子具有更多的自由度，能級結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密集，直接激光冷卻有一定困難。如何獲得超冷分子成為了冷原子分子物理領(lǐng)域一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的熱點(diǎn)研究課題。目前，人們一般借助外場把超冷原子耦合起來獲得冷分子。受激拉曼絕熱通道（STIRAP）技術(shù)就是其中一種非常有效的原子-分子轉(zhuǎn)化方案。本文主要圍繞這

2、種方案，利用量子多體理論和非線性科學(xué)的研究手段在平均場近似下對原子-分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)暗態(tài)的絕熱性和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
　　在第一章中，我們簡單介紹了冷原子分子物理的實(shí)驗(yàn)背景，其中包括實(shí)現(xiàn)超冷原子、超冷分子的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，原子玻色-愛因斯坦凝聚、量子簡并費(fèi)米氣體、超冷分子及分子玻色-愛因斯坦凝聚及其實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。
　　在第二章中，我們概述了玻色-愛因斯坦凝聚的相關(guān)基本理論:從二次量子化的哈密頓量出發(fā)，通過平均場近似導(dǎo)出原子凝聚系統(tǒng)和原子-

3、分子凝聚系統(tǒng)的Gross-Pitaevskii方程，在此基礎(chǔ)上考慮漲落的影響得到原子凝聚體和原子-分子凝聚體集體激發(fā)所滿足的Bogoliubov方程，還介紹了如何構(gòu)造量子系統(tǒng)的等效經(jīng)典哈密頓量。這些討論是為后面的研究作準(zhǔn)備的。
　　在第三章中，通過將保真度的定義推廣到非線性三能級Λ-型原子-雙原子分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，我們定量地研究了該非線性系統(tǒng)在受激拉曼絕熱過程中的動(dòng)力學(xué)和絕熱性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不考慮粒子間的非線性碰撞時(shí)，該系統(tǒng)的相干布居

4、俘獲態(tài)-暗態(tài)的絕熱保真度作為絕熱參量的函數(shù)以冪律關(guān)系趨于1。這個(gè)函數(shù)關(guān)系與線性系統(tǒng)的絕熱參量和絕熱保真度的冪律關(guān)系非常相似，但該系統(tǒng)的冪指數(shù)要遠(yuǎn)小于線性系統(tǒng)的冪指數(shù)。此外，還進(jìn)一步討論了如何通過優(yōu)化受激拉曼絕熱過程的外部參量得到更高的絕熱保真度，從而優(yōu)化系統(tǒng)的絕熱性，提高原子-分子轉(zhuǎn)化效率。
　　在第四章中，我們研究了原子-同核-三原子分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)暗態(tài)在Feshbech共振輔助的受激拉曼絕熱過程中的絕熱保真度和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。研究發(fā)

5、現(xiàn)，粒子間的非線性碰撞在某些參量區(qū)域會給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)帶來不穩(wěn)定性，我們解析地找到了該系統(tǒng)發(fā)生動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性的條件，并以87Rb凝聚體系統(tǒng)為例，數(shù)值地給出了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)生不穩(wěn)定性的區(qū)域。此外，定義了該系統(tǒng)的絕熱保真度，并利用絕熱保真度定量地研究了該系統(tǒng)暗態(tài)的絕熱演化。研究發(fā)現(xiàn)，粒子間的非線性碰撞會給系統(tǒng)暗態(tài)的絕熱演化帶來負(fù)面影響，導(dǎo)致原子-分子轉(zhuǎn)化效率降低。
　　在第五章中，我們研究了原子-異核-三原子分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)暗態(tài)在雙光子光締合

6、受激拉曼絕熱過程中的絕熱性和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，類似于原子-同核-三原子分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，粒子間的非線性碰撞在某些參量區(qū)域會給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)帶來不穩(wěn)定性。我們解析地找到了原子-異核-三原子分子暗態(tài)的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性發(fā)生的條件，并以異核原子87Rb和41K混合凝聚體為例，數(shù)值地給出了系統(tǒng)發(fā)生動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性的區(qū)域。我們還給出了原子-異核-三原子分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)暗態(tài)的絕熱條件。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)忽略粒子間的相互作用時(shí)，系統(tǒng)暗態(tài)的絕熱條件只與雙原子分子和三原