超冷原子规则和混沌输运的相干控制

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1、超冷原子规则和混沌输运的相干控制第一章绪论1.1冷原子物理基础超冷原子物理是研究接近绝对零温条件下原子样品的制备以及原子的性质和应用的一门学科。自从1985年首次利用激光冷却技术在实验上获得超冷原子[1]到1995年科学家们在实验室观测到碱金属气体原子(87Rb，7Li和23Na)的玻色爱因斯坦凝聚[2-4],如今超冷原子已在多个学科得到了爆炸性的发展，例如：量子信息学、非线性与量子光学、超低密度凝聚态物理学、超低能碰撞物理学、精密谱与量子频标学，等等。激光冷却中性原子技术是目前最有效获取冷原子的方法，它的中心思想就是利用激光和原子之间的相互作用来减慢原子的运动速度从而获得低温原子，这个思

2、想的渊源可以追溯到光压思想。早在十七世纪，开普勒对彗尾形成原因进行解释时曾提出是太阳光的压力使彗星尾部远离了太阳，这可能是第一个涉及到光压思想的论述。后来牛顿提出光的微粒说很自然地引入了光压的概念，但是不久光的波动性开始占主导，光压也就很少被人进一步关注。直到十九世纪后期，麦克斯韦建立了光的电磁学理论框架，通过引入电磁波的能量流和动量流概念，光压才有了比较系统的理论基础。随着二十世纪量子力学的蓬勃发展，人们对光的本质有了更加深入的认识。根据量子力学观点，光压是由光与物质之间的动量传递所产生的。但是，众所周知量子力学中的光子概念并不是牛顿的光的微粒说的简单回归，它比传统微粒说具有更为丰富的内

3、涵，例如：光子具有波粒二象性和在真空中会发生产生和煙灭等。1899年，俄国科学家列别捷夫在他的光风车实验中首次证实了光压的存在，并把这一实验结果和相关分析于1901年发表在《光压的实验研究》这篇论文上，并且同样的结果被两名美国科学家E.F.Nichols和G.F.Hull于1900年在实验中观测到。1.2量子介绍1970年，美国IBM研究中心的两位半导体物理学家日本科学家江崎（L.Easki)和美国华裔科学家朱兆祥（R.Tsu)首次提出了超晶格概念，即两种不同的材料交替生长，在生长方向上形成势讲和势全。电子处于势讲之中，如果势垒宽度足够大，大于电子的德布罗意波长，则不同势讲中的波函数不再出

4、现交叠，电子在势讲内出现分立的量子能级，电子的运动将呈现明显的量子性，通常把这种结构的势讲称为量子讲。仅由一个势讲组成的结构称为单量子讲（singlequantumulti-quantumdi共振技术调节[37，78]。当出现相互作用和外场驱动时，量子讲系统可能是不可积的，那么用来解析研究的微扰方法的使用成为必要。多重时间尺度技术是非常有用的微扰方法，并且已经在许多不同的物理系统中广泛使用[79-85]。已被证实在多重时间尺度微扰方法中，通常的高频近似对应一级微扰修正[85]，在具有强的约化相互作用的远离共振强的相互作用区域中[86],高频近似不再正确。在这种情况下，对子（对应文献[87]

5、的对态）的主要險穿效应是长时间的二级隧穿进程，可以被二级微扰修正描述。时间可分辨的二级隧穿的两个强相互作用原子的关联險穿已经在没有驱动的双讲系统中被直接观察到[12]。最近，Longhi等人[87]已经研究了囚禁在周期驱动的光学晶格中两个远离共振强的相互作用玻色子的二级效应。2.2理论模型和高频近似我们研究囚禁在三讲势中和被交流场驱动下两个相互作用玻色子的动力学在紧束缚近似下，系统的哈密顿量被三格点Bose-Hubbard模型在文献[82]中，Frasca利用多重尺度微扰分析研究了在非高频近似情况下的驱动两能级的局域化。最近，Longhi提出通常用来研究CDT的高频近似对应多重尺度微扰分析

6、中的一级微扰近似[85]。假如在微扰分析中一级微扰项消失，那么高级修正项将变得重要。注意到对于一系列确定的外场驱动参数，系统（2.4)的动力学行为与相互作用强度有关。在这个工作中，我们不考虑非常强的相互作用强度（例如Uo>60；),因为对于如此强的相互作用强度我们不仅要考虑通常的格点相互作用，也要考虑相邻晶格子中原子间的相互作用[74],这超出了我们这篇文章的研究范围。第三章两个玻色子在含有一个杂质光学晶格..........713.1引言.......713.2高频近似下有效哈密顿量.......723.3在动力学局域化条件下两个玻色原子的动力学.......763.4结论....

7、...78第四章双周期驱动光学超晶格中物质波孤子的混沌输运.......814.1引言.......814.2非对称性增大高混沌区域大小.......834.3高混沌性帮助安德森局域化.......894.4结论.......93第五章总结和展望.......95第四章双周期驱动光学超晶格中物质波孤子4.1引言在最近几十年里，由于在物理、化学和生物中有大量的应用，基于棘齿效应的定向输运吸引了人们极大的关注[54,113: