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光与物质相互作用对冷原子钟等具有潜在应用价值

  近日,从中科院西安分院获悉:日前,中国科学院国家授时中心张首刚、张晓斐研究员带领的研究团队与中国人民大学合作,在国际上首次从理论上预测了具有Rashba自旋轨道耦合的软核超冷玻色凝聚体中具有手征性的超固态,在冷原子理论研究方面取得突破性进展,其相关成果发表在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》上。


  超固态是科学家在上世纪六七十年代预言的一种奇异物质状态,它同时具有固体和超流体的性质。我国科研人员研究了具有Rashba 型自旋-轨道耦合相互作用的玻色气体在共心双环外势中的基态相图及其量子相变,并探讨了外部旋转对系统物性的影响。发现自旋轨道耦合相互作用和旋转可以分别作为两个独立的“开关”,用于获得各种不同的基态相以及调控不同相之间的量子相变。开展了自旋轨道耦合偶极量子气体的基态相图及其量子相变,多分量凝聚体中的量子涡旋及其结构相变等研究。

  他们设计了一个全新的超冷原子系统,使超固体在自旋轨道耦合作用下表现出非平庸的量子流体动力特性和磁性特性。发现超固晶胞中的原子会沿某一方向自发地循环流动,在没有外加旋转的情况下自发产生了非零角动量,与磁性材料中的斯格明子晶格具有相似的非平庸拓扑自旋结构。这一发现使人类对自旋轨道耦合和超固现象有了新的认识,为探索和发现新奇量子态开辟了新的方向。

  这些研究进一步提高了对光与物质相互作用的认识,并对量子调控、精密物理测量、以及冷原子钟等具有潜在的应用价值。相关研究工作得到了国家自然科学基金、中科院“西部之光”、中科院青促会等项目的支持。

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