量子气体中杂质的温度演化

刘伟哲博士是莫纳什大学物理与天文学院凝聚态物理和量子物理的研究员。

热在量子杂质研究中起什么作用?

一个新的，蒙纳士领导的理论研究推进了我们对其在热力学中的作用在量子杂质问题的理解。

量子杂质理论研究故意引入的原子(即“杂质”)的行为，这些原子在背景原子气体中表现为特别“干净”的准粒子，允许对量子相关性进行可控的“完美试验台”研究。

这项研究将量子杂质理论扩展到一个新的维度——热效应，而量子杂质理论对量子物质研究团体来说是非常有趣的。

“我们发现了两种不同的实验协议之间的一般关系，即弹射和注入射频光谱，在我们的工作之前，不知道这种关系。第一作者刘伟哲博士(莫纳什大学物理与天文学院)解释道。

量子杂质理论研究将一种元素的原子(即“杂质”)引入另一种元素的超冷原子气体的影响。

例如，少量的钾原子可以被引入锂原子的“背景”量子气体中。

引入的杂质(在这种情况下，钾原子)在原子气体中表现为特别“干净”的准粒子。

引入的杂质原子和背景原子气体之间的相互作用可以通过外部磁场进行“调谐”，从而研究量子相关性。

近年来，由于量子杂质在超冷原子气体中的可控实现，对不同背景介质中量子杂质的研究出现了爆炸性增长。

“推”和“拉”:量子气体实验中的杂质喷射(a)和注入(b)光谱。射频场驱动相互作用(↑)和之间的转换
非相互作用(↓)杂质自旋态

“我们的研究基于射频光谱学，模拟了两种不同的场景:喷射和注射，”刘伟哲博士说，他是FLEET的研究员，在a / Meera Parish教授和Jesper Levinsen博士的小组中工作。

研究小组模拟了射频脉冲的作用，它会迫使杂质原子从一种自旋状态进入另一种未占据的自旋状态。

这两种光谱通常分别用于研究量子杂质问题的不同方面。

相反，莫纳什大学的新研究表明，射出和注射协议探测的是相同的信息。

刘博士说:“我们发现，这两种情况——喷射和注入——通过相互作用和非相互作用杂质状态之间自由能差的指数函数相互关联。”

“重要的是，我们的结果使理论界和实验界都能够将以前专门为一种协议计算/测量的结果与相反的协议联系起来。”

此外，我们已经证明，我们可以从我们的形式中提取更多的信息，如状态方程和接触参数。

刘博士解释说:“为了明确地模拟我们的系统，我们应用了有限温度变分方法。”“事实证明，这对于研究量子杂质问题的动力学非常有效。”

有限温度方法最大限度地减少了在热介质基础上平均的随时间变化的杂质算子所产生的误差。

量子气体中杂质的射频响应和接触发表于物理评论快报2020年8月(DOI: 10.1103/ physrevlet .125.065301)。这本著作是与量子气体中杂质的射频光谱理论在物理评论A(DOI: 10.1103 / PhysRevA.102.023304)。

这项工作得到了澳大利亚研究理事会(卓越中心，未来奖学金和探索计划)。

对量子杂质或准粒子的更深层次的理解正在寻求研究主题3FLEET，澳大利亚研究理事会卓越中心。