光晶格

摘要： 基于一维水平光晶格的锶原子光晶格钟实验平台,当系统的稳定度和不确定度达到10-18量级以上时,由量子隧穿效应引起的钟频移变得不容忽视.在浅光晶格中,量子隧穿效应会使钟跃迁谱线发生明显的展宽现象,因此,本文通过研究浅光晶格中的量子隧穿现象,为^(87)Sr原子光晶格钟系统不确定度的评估奠定基础.本实验在一维^(87)Sr原子光晶格钟平台上,利用超稳超窄线宽的698 nm激光激发^(87)Sr冷原子^(1)S_(0)(|g>)→^(3)P_(0)(|e>)跃迁(即钟跃迁),实现了对锶原子分布在特定量子态的制备.在深光晶格中,将原子制备到|e,n_(z)=1>态后,再绝热地降低光晶格阱深,然后在浅光晶格中,探测激发态的载波-边带可分辨的钟跃迁谱线.从钟跃迁谱线中观测到载波谱线发生了明显的劈裂,表明原子在光晶格相邻格点间产生了明显的量子隧穿现象.通过对光晶格中量子隧穿机制的理解,不仅有利于提高光晶格钟的不确定度,也可为观测光晶格中费米子的自旋轨道耦合效应提供基础数据.

摘要： 潘建伟团队首次测得神秘“第二声”衰减率最近,中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次“破译”了第二声的衰减率,即声扩散系数。研究团队搭建了一个全新的超冷锂-镝原子量子模拟平台,融合发展了灰色黏团与算法冷却、盒型光势阱等先进的超冷原子调控技术,最终成功地实现了世界领先的均匀费米气体的制备。与此同时,他们基于低噪声行波光晶格与高分辨原位成像技术,理论诠释并实验实现低动量传递(约百分之五的费米动量)与高能量分辨率(优于千分之一的费米能)的布拉格谱学方法,并利用其实现了对体系密度响应的高分辨测量。

摘要： 拓扑超流态是一种奇异物质态,它的内部受能隙保护,而在其系统边缘却可以容纳无能隙的Majorana费米子。由于该粒子满足非阿贝尔统计,并且受拓扑保护具有良好的稳定性,用它们携带量子化的信息,可以用于拓扑量子计算的研究。近年来,理论工作预测了各类系统中可能存在的拓扑超流态。我们首先介绍了在各类光晶格模型中的拓扑超流,光晶格的超冷原子具有良好的可控性与普适性,是实现拓扑超流的理想模型系统。接下来我们介绍了自旋轨道耦合调控下的拓扑超流,自旋轨道耦合效应是诱导拓扑相的重要条件,并且人们已经在实验上合成了人工自旋轨道耦合,这为实验上观测拓扑超流取得了突破性的进展。随着近年来实验技术的提高,曾经难以在实验中观测的,被人们所忽略的拓扑Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(FFLO)超流相也成为了人们研究的热点,因此我们接下来介绍了拓扑的FFLO超流。此外,我们还介绍了拓扑超流其他方面的进展,包括孤子引诱的拓扑超流、三组分的拓扑超流、大陈数的拓扑超流以及拓扑超流临界温度的提高。在实验中,如何检测与实现拓扑超流,是其研究目的及意义所在,因此我们在文章的最后介绍了拓扑超流的识别与实现。

摘要： 精密测量囚禁在光晶格里面中性原子间相互作用导致的密度频移在研究多体相互作用和实现高性能光晶格钟等方面有着重要应用.本文利用基于原位成像的同步频率比对技术对光晶格钟的密度频移系数进行了准确的测量.光晶格里面的原子被一束钟激光同时激发,并通过原位成像技术同时且独立地探测光晶格里11个不相关区域的钟跃迁概率.由于不相关区域里的原子被同时激发,即共模抑制了钟激光的噪声,因此它们间的频率比对稳定度超越了Dick噪声的限制,并与原子探测噪声极限相符合.得益于光晶格里非均匀的原子数分布和可以忽略的外场梯度,不相关区域间的频率比对结果即为密度频移.通过测量密度频移和格点平均原子数差的关系,获得密度频移系数为-0.101(3)Hz/(atom·site),经过103 s的测量时间,系统平均密度频移的相对测量不确定度达到了1.5×10^(-17).

摘要： 费米子是标准模型中物质构成的基本单元,这些基本的粒子通过相互作用构建了物质世界.同时,费米子也是凝聚态物理领域和量子化学计算中需要处理的核心的微观自由度,对理解高温超导电性、刻画量子磁性、描述分子结构和功能均起决定性作用.但是在经典计算机上模拟多费米子模型比较普遍地会遇到负符号问题,需要的计算复杂度往往随着粒子数的增长呈指数增长.而超冷原子系统提供了一种直接对相互作用费米子进行量子模拟的有效手段和实验平台,即通过微观可控的方式在物理实验中实现一个费米子模型,通过对体系进行测量获取模型的微观和宏观特性,从而加深对相关物理机制的认知和对关键参数的测定.近年来,实验对多费米子系统的基态、热平衡态、量子多体动力学进行了丰富的研究,在BEC-BCS渡越、费米子哈伯德模型、量子多体局域化的研究中取得多项研究进展.在量子模拟中对经典计算不能有效模拟的物理进行研究,包括宏观的量子现象和微观的物理机制等,体现了可控量子系统中的量子优越性.本文将简单介绍相互作用费米子的模型以及其在描述量子多体物质状态中的重要性,并阐述相互作用导致的各种超流和密度波关联物态,而这些物态对理解高温超导和量子磁性有重要科学意义.同时,关联物态的模拟在经典计算机上往往具有指数复杂度,而量子模拟的相关研究在标定相变参数、表征物态性质上体现了量子优越性.

摘要： 利用数值计算方法,研究了由简谐势与光晶格势构成的复合势阱中旋转二维玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋的产生、涡旋链的形成,以及涡旋链的特性.首先利用多重网格预条件共轭梯度法,研究了二维凝聚体中涡旋的产生、涡旋链的形成及分布情况和不同物理参量对涡旋链的影响;其次利用时间分裂谱方法研究了涡旋链随时间的演化情况.结果表明,囚禁于复合势阱的凝聚体中涡旋的产生,对应于势阱的极小值,当光晶格深度增大到一定值时,凝聚体中形成了涡旋链,而随着光晶格深度的进一步增大,凝聚体中涡旋链中的涡旋深度不断减小,最终涡旋链完全消失.当原子间相互作用强度增大,凝聚体的分布范围扩大,凝聚体中的涡旋和涡旋链的数量也增加,但当原子间相互作用强度增大一定值后,涡旋链的对称性被破坏.随着凝聚体旋转角速度的增大,凝聚体的分布范围随之扩展,凝聚体中涡旋和涡旋链的数量也随之增加.当凝聚体旋转角速度接近外部势阱的谐振频率时,涡旋链的直线排列被破坏.还发现凝聚体中涡旋链随时间演化存在3个阶段:第1阶段涡旋链与凝聚体一同旋转且保持原有的链状分布不变;第2阶段出现了涡旋空间挤压现象,涡旋链被破坏;第3阶段出现了涡旋空间扩张现象,最终涡旋链消失.

摘要： 通过两模近似和变分法,研究了光晶格中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性能谱结构和流密度.研究发现,当系统参数满足一定条件时,能谱结构在布里渊区的边界处会出现loop结构,其中光晶格和拉曼耦合会抑制loop结构的出现,而自旋轨道耦合和原子间相互作用会促进loop结构的产生,并使能带结构变得更加复杂.此外,能带结构的变化与凝聚体的流密度密切相关,自旋轨道耦合会使不同自旋态的流密度在动量空间的分布呈现强烈的不对称性并发生分离,而光晶格和拉曼耦合会减弱这种不对称性,使不同自旋态的流密度重合.loop结构破坏了系统的Bloch振荡,使系统发生Landau-Zener隧穿,而不同自旋态流密度在动量空间分布的分离意味着自旋交换动力学的发生.

摘要： 超冷原子气体的量子相变是研究量子关联多体物理的核心内容之一.本文采用单一激光光束通过折叠反射产生二维光晶格,通过控制激光偏振产生两种不同的二维光晶格结构,一种是两个独立的一维光晶格构成,另一种是两个方向的一维光晶格互相干涉形成.将超冷87Rb原子装载到二维光晶格中,通过改变光晶格激光功率调控原子在光晶格中的隧穿强度和相互作用强度,观察到87Rb原子从超流态到Mott绝缘态之间的量子相变,并且分析了两种光晶格对量子相变的影响,为今后开展光晶格中强关联物理研究奠定基础.

摘要： 相位作为光学晶格中玻色-爱因斯坦凝体的波函数中的重要参数,在实验中无法通过吸收成像或者原位成像从动量空间原子分布中直接得到波函数的相位信息.为了研究一维光晶格中玻色-爱因斯坦凝体相位分布对动量空间原子分布的影响,建立了深度学习网络模型.首先,通过理论计算得到的32 000组数据作为训练集和验证集.然后,在分析波函数的相位特征与动量空间的基础上,提出卷积循环神经网络模型进行光晶格中超冷原子动量预测的方法.经验证,模型训练得到的结果与理论求解薛定谔方程得到的结果相差1.76,相较BP (Back Propagation)神经网络结果,平均误差降低了83％,所得结论为机器学习在物理学领域的应用提供了新的思路.

摘要： 随着原子气体的激光冷却和相干操控技术的飞速发展,冷原子系统的新奇量子态研究以及在量子精密测量的应用均取得了丰硕的成果,例如人造规范势、多体相互作用诱导的拓扑态及拓扑量子相变、冷原子喷泉频标、冷原子干涉仪测量引力常数、魔术波长光晶格频标、冷离子频标、冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等.新型冷原子精密测量多次刷新了精密测量的记录,并逐渐成为新的计量标准.基于超冷原子的精密测量为新一代全球卫星导航、深空探测、微重力测量、地震预报、地下油田面积的勘测和油井的定位、工业精密测量与控制等提供新的关键技术.本文重点阐述了激光冷却原子的新奇量子态及探测技术,例如在玻色-凝聚体中产生自旋-轨道角动量耦合;由多体相互作用诱导的拓扑相变;在开通道、闭通道失衡Feshbach共振条件下,体系存在从FuldeFerrell-Larkin-Ovchinnikov超流态到Sarma超流态的量子相变;发展了87Rb原子nP里德堡态的光谱测量、光晶格中超冷原子量子态的探测等手段,并实现了多组分BEC干涉仪.

摘要： 本公开涉及一种晶格光片显微镜和在晶格光片显微镜中平铺晶格光片的方法。该晶格光片显微镜包括：单个空间光调制器(SLM)，其光学调制平面与激发物镜的像平面共轭，且配置为：通过加载从期望晶格光片的相应光学晶格的中央截面处获取的相位图来生成光学晶格，且通过加载从所述相应光学晶格的偏离中央的截面处获取的相位图来平铺光学晶格；透明环状光阑，布置在与激发物镜的入瞳共轭的平面处；以及第一振镜，配置为：在光学晶格的延展方向上对各个光学晶格进行扫描，以形成平铺的晶格光片。如此，在不改变常规LLSM的硬件结构的情况下能够方便地平铺LLS，并在远远大于光片尺寸的成像视野上保持了LLSM的高分辨率和高速成像能力，实现方便、成本较低且易于推广。

摘要： 本发明公开了一种具有强制p型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器，所述InAs/GaSb二类超晶格光探测器的吸收区为p型，所述吸收区的能带结构依次包括有超晶格导带、超晶格价带、体导带、体价带，在吸收区的能带结构中，吸收区的表面态位于超晶格价带顶的上方但与超晶格价带顶的间隙小于3kBT，或者表面态位于超晶格价带顶的下方，其中kB是玻尔兹曼常数，T是InAs/GaSb二类超晶格光探测器的工作温度。本发明的InAs/GaSb二类超晶格光探测器表面态位于与超晶格价带顶的上方但与超晶格价带顶的间隙小于3kBT，或者表面态位于与超晶格价带顶的下方，使得表面态转变为p型，与吸收区同型，从而消除表面SRH暗电流，提高探测器的性能。

摘要： 本发明涉及一种高效的二维超晶格异质结光伏器件及其制备，其制备方法具体为：a)取由衬底(1)、二氧化硅层(2)和多层二维材料复合而成的器件结构浸入到含有机分子的电解质溶液中；b)在多层二维材料上制作三电极体系并施加负电压，使带正电荷的有机分子插入到多层二维材料的部分区域内，形成二维超晶格结构(4)，进一步得到二维超晶格异质结构；c)最后，在二维超晶格异质结构的两端生长金属电极，即完成。与现有技术相比，本发明开发了一类二维材料和有机分子层相互交替的稳定超晶格材料。该超晶格材料和二维多层材料构成异质结光伏器件，其结果等效于多个二维材料异质结并联，光吸收效率高，具有优异的迁移性和稳定性。

摘要： 本公开涉及一种晶格光片显微镜和在晶格光片显微镜中平铺晶格光片的方法。该晶格光片显微镜包括：单个空间光调制器(SLM)，其光学调制平面与激发物镜的像平面共轭，且配置为：通过加载从期望晶格光片的相应光学晶格的中央截面处获取的相位图来生成光学晶格，且通过加载从所述相应光学晶格的偏离中央的截面处获取的相位图来平铺光学晶格；透明环状光阑，布置在与激发物镜的入瞳共轭的平面处；以及第一振镜，配置为：在光学晶格的延展方向上对各个光学晶格进行扫描，以形成平铺的晶格光片。如此，在不改变常规LLSM的硬件结构的情况下能够方便地平铺LLS，并在远远大于光片尺寸的成像视野上保持了LLSM的高分辨率和高速成像能力，实现方便、成本较低且易于推广。

摘要： 本发明提供了一种面向空间光钟的双重可调光晶格装置，包括真空装置、光楔对、平凹镜和亥姆霍兹线圈，所述的真空装置两端开有透射窗口，激光穿过光楔对后经透射窗口穿过真空装置，被真空装置另一侧的平凹镜压缩光斑并反射回真空装置中，入射光与反射光在真空装置中重合后形成驻波场；真空装置相对垂直的三个方向上分别安装了一对亥姆霍兹线圈。本发明不仅大大简化了晶格场装置，还进一步提高了晶格场装置的稳定性、抗振性，特别是面向空间光钟苛刻且有限的调节条件下，实现最优的光晶格装载。本发明能够广泛应用于各类中性原子光钟，特别是空间光钟。

摘要： 本发明公开了一种产生任意阶光学涡旋阵列和带缺陷有限光晶格的光学系统，包括按光路设置的激光器、准直扩束系统、空间光调制器、4‑f系统和图像探测器。激光器出射的线偏振高斯光经准直扩束系统后照射到空间光调制器上进行复振幅调制，出射光的一级衍射光在第一个2‑f系统的后焦面上生成任意阶交替光学涡旋阵列，在第二个2‑f系统的后焦面上生成可调带缺陷的有限光晶格。产生的任意阶交替光学涡旋阵列中的每个涡旋的拓扑荷值和涡旋之间的间距可以精准地控制；生成的有限光晶格中光斑排列有特定规则，光斑数目有限且可控，且可通过控制参数产生光晶格缺陷；生成的可控的带有光晶格缺陷的可调有限空间光晶格能应用于各类微粒的光学操控。

摘要： 实现一种具备用于使用磁场校正线圈将磁场均匀化的新的调整机构的光晶格钟。光晶格钟具备：时钟跃迁空间(52)，其中配置封闭在光晶格中的原子集团(240)；以及3轴磁场校正线圈，其校正时钟跃迁空间的磁场。并且，作为取得单元的光接收器(246)在包含时钟跃迁空间并且比所述时钟跃迁空间宽广的校正用空间(242)中，促使封闭在光晶格中的原子集团(240)进行时钟跃迁，取得校正用空间(242)中的时钟跃迁的频率分布。另外，校正单元基于由取得单元计测出的频率分布来校正3轴磁场校正线圈的磁场。

摘要： 本发明公开了一种产生任意阶光学涡旋阵列和带缺陷有限光晶格的光学系统，包括按光路设置的激光器、准直扩束系统、空间光调制器、4‑f系统和图像探测器。激光器出射的线偏振高斯光经准直扩束系统后照射到空间光调制器上进行复振幅调制，出射光的一级衍射光在第一个2‑f系统的后焦面上生成任意阶交替光学涡旋阵列，在第二个2‑f系统的后焦面上生成可调带缺陷的有限光晶格。产生的任意阶交替光学涡旋阵列中的每个涡旋的拓扑荷值和涡旋之间的间距可以精准地控制；生成的有限光晶格中光斑排列有特定规则，光斑数目有限且可控，且可通过控制参数产生光晶格缺陷；生成的可控的带有光晶格缺陷的可调有限空间光晶格能应用于各类微粒的光学操控。

摘要： 一种利用频率调制在光晶格里面实现弗洛凯设计的装置，在外腔半导体激光器的选模光栅上粘贴有压电陶瓷，外腔半导体激光器的光出射方向依次设置有λ/2玻片、第一凸透镜、第一格兰—泰勒棱镜、真空腔体、第二格兰—泰勒棱镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第二声光调制器、λ/4玻片、第三凸透镜、反射镜，冷原子样品设置于真空腔体内，多通道任意函数或者多通道任意波形发生器输出三组电子学信号E1、E2和E3，电子学信号E1输入压电陶瓷，电子学信号E3输入第一声光调制器，电子学信号E2输入第二声光调制器。本发明通过在光晶格里面给压电陶瓷施加信号仅调制入射光频率的方式实现弗洛凯设计，或者仅通过调制声光调制器反射光频率实现对冷原子样品的弗洛凯设计。

摘要： 一种超紧凑光晶格钟真空物理装置，包括真空腔体、真空腔体上缠绕的无需水冷的反向亥姆赫兹线圈；真空腔体内部设置有金字塔型磁光阱所需的棱镜支架、直角棱镜组和复合反射镜；棱镜支架上设置有放置固态金属的凹槽，用激光溅射的方式产生气态金属原子。本申请联合了金字塔型磁光阱、激光溅射原子源、无需水冷的反向亥姆赫兹线圈等技术，避免了使用塞曼减速器、水冷机、高温原子炉等高功耗、大体积的装置，并简化了光路和真空装置的复杂度。使得本发明给出的光晶格钟真空物理装置具有体积小、功耗低、重量轻和结构超紧凑等优点，可应用于可搬运或者空间光晶格钟真空物理系统。