超流费米气体相滑移时密度分布武宏宇.pdf.doc

第 55 卷第 2 期 2006 年 2 月 物 理 学 报 Vol.55, No .2, February , 2006 1000-3290 2006 55(02) 0490-04 ACTA PHYSICA SINICA c2006 Chin.Phys.Soc. 超流费米气体相滑移时的密度分布＊ 武宏宇 尹 澜 (北京大学物理学院, 北京 100871) (2005 年 6 月 28 日收到;2005 年 7 月 6 日收到修改稿) 　　当前在冷原子和玻色爱因斯坦凝聚(BEC)领域的一个重要问题是在 Feshbach 共振附近的冷费米气体如何从 BEC 态演变到 BCS(Bardeen Schrieffer Cooper)态.本文进一步研究在 Feshbach 共振附近超流态的相滑移现象.通过具 体的数值计算, 给出了费米气体在相滑移时的粒子数密度的分布, 并对不同温度下的相滑移的大小进行了分析.结 果表明, 相滑移现象可以作为实验上判断系统是否处于超流态的一个可行的判据. 关键词:超流费米气体 , 相滑移 , Feshbach 共振 PACC :0260, 0530F , 6750F 1. 如果系统有相位相干性, 那么可以通过用强度分布 不均的激光照射来改变系统各处的相位, 实验上可 引 言 以做到使系统两侧费米子对的相位差正好是 π.由 近年来 ,随着费米气体中 Feshbach 共振现象的 于超流态的序参量和费米子对具有相同的相位, 系 发现[ 1] ,利用 Feshbach 共振来研究有强相互吸引或 统两侧费米子对的相位差导致在系统中心位置序参 排斥作用的冷费米气体已成为冷原子和玻色爱因斯 量的相位不连续, 从而使得在中心位置序参量的大 坦凝聚领域的一个研究热点.当利用 Feshbach 共振 小只能为零, 这就是相滑移现象.相滑移现象是超流 将散射长度调节为正值时 , 费米子原子间有相互排 态所特有的, 在正常态由于没有相位的相干性, 激光 斥作用 ,而相比之下由两个费米原子形成的分子具 照射不会产生任何结果 .在相似的玻色子 BEC 系统 有更低的能量, 实验里已经观测到在低温下这样的 中,相滑移现象已经被成功地观测到[ 12 ,13] , 如果在 [ 2 —4] .在实 Feshbach 共振附近的位置与时间有关 , 则系统中将 双原子分子形成玻色爱因斯坦凝聚(BEC) 验里也可以利用 Feshbach 共振将散射长度调节为负 会出现新颖的孤立子运动[ 14] .在前面的工作中[ 10] , 值,此时费米子原子间有相互吸引作用 ,而双原子分 子能量相对要高 ,人们普遍预期在低温下费米子会 配对从而整个系统会形成类似于 BCS 超导态的超 流态.目前在多个实验中都看到了超流态的种种迹 象,首先通过快速 Feshbach 共振的方法实验上已成 功观测到了费米原子对的凝聚[ 5 , 6] ,此外通过系统呼 吸模式频率的测量[ 7] 、集体激发谱的观测[ 8] 、对射频 激发谱中配对能隙的观测等实验[ 9] , 以及最近在旋 转的系统中观测到了涡旋点阵[ 10] , 以上实验都从不 同方面提供了 Feshbach 共振附近费米气体中超流态 存在的证据. 文献[ 11] 提出在实验里可以通过观测相滑移 (phase slip)现象来判断系统是否具有相位相干性 .  通过利用 Ginzburg-Landau 理论和准一维近似 , 分析 了相滑移对系统性质的影响, 得到在中心位置费米 子的密度分布会在相位不连续的方向上有一个极小 值.因此我们提出了在实验中可以通过观测费米子 密度分布可以判断系统中是否发生了相滑移, 从而 说明系统是否具有相位相干性以及系统是否处在超 流态 .为了能够更好地与目前的实验相对比 ,在前面 理论的基础上[ 11] , 利用相关实验数据 , 对整个三维 系统的性质进行了准确的数值计算. 2 .基本公式 在超流态 ,费米气体的自由能要比处在正常态  国家自然科学基金(批准号和教育部 211 工程项目资助的课题. 通讯联系人.E-mail :yinlan @pku .edu .cn 2 期 武宏宇等 :超流费米气体相滑移时的密度分布 491 时低, 这个能量差别被定义为凝聚能 .总的自由能 L 2 (3) +β(r)| (r)| (r