Zimne atomy w sieciach optycznych - modelina XXI wieku

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Zimne atomy w sieciach optycznych - modelina XXI wieku"

Ludwika Piasecka
8 lat temu
Przeglądów:

1 Zimne atomy w sieciach optycznych - modelina XXI wieku Jakub Zakrzewski Marian Smoluchowski Institute of Physics and Mark Kac Complex Systems Research Center, Jagiellonian University, Kraków, Poland 2012

2 O czym to bȩdzie Sieci optyczne Co możemy kontrolować? Wewnȩtrzne stopnie swobody i kontrolowany nieporza dek Magnetyzm i frustracja Syntetyczne pola Podsumowanie (może)

3 Potencjał optyczny V (x) = d E = α E(x) 2 I(x) δ e.g. V (x) = V 0 cos 2 (kx) jasne sieci ciemne sieci

4 Ultra zimne atomy T=300 K, v 500m/s T=10 nk v 3mm/s długość fali de Broglie a λ = h/p = mało atomów n 10 4 ale λ < n 1/3 falowy aspekt ruchu atomów h mkt pełna kontrola nad parametrami układu

5 Sieci różne wymiary różne geometrie (sieci trójka tne, heksagonalne...) możliwa dynamiczna zmiana sieci periodyczne warunki brzegowe na torusie..

6 Atomy bozony lub fermiony struktura wewnȩtrzna (podpoziomy zeemanowskie) mieszaniny b-b, f-f, b-f potencjały optyczne zależne od spinu (grupa Huleta 2001)

7 Kontrola oddziaływań - rezonans Feshbacha Zimne atomy - tylko rozpraszanie fal s -potencjał kontaktowy f (k) = a/(1 + ika) V ( r)ψ = 2π 2 a M δ( r) r (rψ) a(b) = a 0 (1 Γ B B 0 )

8 Obserwacja Destrukcyjny pomiar absorpcyjny Ekspansja balistyczna k = Mx/t n(x) = ( M t )3 W(k) 2 G(k) G(k) = r,r e ik (r r ) â râr

9 Bose-Hubbard Hamiltonian 1 Ĥ = J M i=0 ( ) â i+1âi + h.a. + M ɛ iˆn i + U 2 i=0 M ˆn i (ˆn i 1), i=1 J - hopping rate, U - interaction, ɛ j = 1 2 mω2 a 2 (j j 0 ) 2 J >> U - SF J << U Mott, energy gap U 1 H.A. Gersch and G. C. Knollman, Phys. Rev. 129, 959 (1963).

10 BH - diagram fazowy

11 Eksperyment może teraz lepiej 2 2 Sherson et al. Nature (2010)

12 Eksperyment może teraz jeszcze lepiej 3 dowolne lokalne potencjały lokalne chłodzenie - usuwanie nadmiaru entropii 3 Weitenberg et al. Nature (2011)

13 Disordered Bose-Hubbard model Ĥ = J M i=0 ( ) â i+1âi + h.a. + M ɛ iˆn i + U 2 i=0 M ˆn i (ˆn i 1), i=1 ɛ j = 1 2 mω2 a 2 (j j 0 ) 2 + x j U Expected schematic (mean-field) phase diagram:

14 A real experiment BH model realized in several one-dimensional tubes 4 : With a secondary laser along x-axis creating quasi-disorder. V (x)/e R = s 1 cos 2 (k 1 x) + s 2 cos 2 (k 2 x) + V V = s [cos 2 (k 1 y) + cos 2 (k 1 z)] s 2 << s 1 << s 4 Fallani et al.,prl98, (2007)

15 Florence experiment Preparation of the initial state by ramping the optical lattices over exponential 100ms ramp Strong modulation of the lattices to create absorption

16 Florence experiment Preparation of the initial state by ramping the optical lattices over exponential 100ms ramp Strong modulation of the lattices to create absorption

17 Florence experiment Preparation of the initial state by ramping the optical lattices over exponential 100ms ramp Strong modulation of the lattices to create absorption

18 Florence experiment Preparation of the initial state by ramping the optical lattices over exponential 100ms ramp Strong modulation of the lattices to create absorption

19 Florence experiment Preparation of the initial state by ramping the optical lattices over exponential 100ms ramp Strong modulation of the lattices to create absorption

20 Florence experiment For no disorder peaks at U, 2U but quite broad For strong disorder observations consistent with Bose glass expected behaviour

21 Disorder in spinor S = 1 Bose-Hubbard 5 Ĥ = t i,j,σ â iσâjσ + i [ U0 2 ˆn i (ˆn i 1) + U ) ] 2 (Ŝ2 2 i 2ˆn i µˆn i Disorder in µ or in U 0 or in U Ła cki et al., Phys. Rev. A (2011)

22 W stronȩ magnetyzmu Atomy neutralne - co robić Sztuczne pola Naturalny pomysł - obrót H 1 = p2 2M + Mω2 r 2 (p A)2 ΩL z = 2 2M + M 2 (ω2 Ω 2 )r 2 dla A = MΩ x, r = x 2 + y 2. Tworzenie wirów Niestabilność Ω ω Obracaja ce siȩ sieci optyczne Inne podejście odwzorowanie obsadzeń oczek sieci na podpoziomy magnetyczne

23 Kwantowy model Isinga 6 6 Simon et al., Nature (2011)

24 Sfrustrowany magnetyzm klasyczny 7 3 silne wia zki pod ka tem 2π/3 - trójka tna sieć rurek, każda z mikro-bec. E({θ i }) = <i,j> J ij S i S j S i = [cos θ i, sin θ i ] 7 Struck et al., Science (2011)

25 Kontrola nad tunelowaniem 8 Modulowanie sieci optycznej (np. czȩstości) efektywna siła efektywne tunelowanie. J eff = JJ 0 (Ka/ ω) Pisa group (Arimondo) - potwierdzenie eksperymentalne (2007) (2009) przejście stan nadciekły - izolator Motta Eliptyczna trajektoria F(t) = F c cos(ωt)e x + F s sin(ωt)e y pozwala zmieniać oba tunelowania w eksperymencie.. J = J 0 (af c / ω)j orig J = J 0 (a Fc 2 + 3Fs 2 /2 ω)j orig 8 Eckardt, Weiss, Holthaus PRL (2005)

26 Nietrywialne zespolone tunelowanie 9 H 0 = p2 2m + V (x) + K 1x cos(ωt) + K 2 x cos(2ωt + ϕ) J eff = J J 2k (K 1 )J k (K 2 )e ikϕ, k= złamanie symetrii odwrócenia strzałki czasu Frustracja w sieci trójka tnej Dla bozonów, fermionów, mieszanin... 9 Sacha, Targońska, JZ, Phys. Rev. A (2012)

27 Zespolone tunelowanie i strumienie Syntetyczne pole magnetyczne syntetyczny strumień przez elementarna plakietkȩ (oczko sieci). J ij = J exp[iθ ij ] U nas: Φ P = θ ij + θ jk θ li podobny schemat dla bozonów Struck et al., PRL (2012) inny Aidelsburger et al. PRL (2012) - wykorzystanie przejść Ramanowskich. też Jimenez-Garcia et al. PRL (2012)

28 Nieabelowe pola z cechowaniem-propozycje 10 j J ij JU ij = J exp[i A(r)dl] i H = J a i,σ U ija j,σ + H onsite <i,j> σ,σ B i = 1 2 ɛ iklf kl F kl = k A l l A k i [A k, A l ] Pȩtla Wilsona W = U ij U jk..u li. Dla 2-spinorów trw Hauke et al., PRL (2012)

29 Efekt Einsteina-de Haasa w sieci 11 oddziaływanie dipol-dipol (magnetyczne) sprzȩżenie orbitalnych i spinowych stopni swobody rezonans w zewnȩtrznym polu magnetycznym H = i + U a [ (E a gµ B B) a i a i + E b b i b i + U ab a i b i a ib i (1) 2 a 2 i i,j a 2 i + U b 2 b i 2 b 2 i + D(b 2 i a 2 i + a 2 [ J a a i a j + J b b i b j ] i b 2 i ) (2) ]. (3)

30 Higgs mode in the lattice 12 Ponownie Bose-Hubbard - tym razem w 2D j = J/U Parametr porza dku Ψ 12 Endres et al. Nature (2012)

31 Higgs mode in the lattice 12 Ponownie Bose-Hubbard - tym razem w 2D j = J/U Parametr porza dku Ψ To taki Higgs na miarȩ naszych możliwości Endres et al. Nature (2012)

32 Podsumowanie Zimne atomy - unikalne narzȩdzie badawcze Bliski kontakt teorii z eksperymentem Pełna kontrola nad parametrami O czym nie mówiłem symulatory kwantowe długozasiȩgowe anizotropowe potencjały jony w sieciach optycznych badania dynamiki termalizacja, dochodzenie do równowagi... Rysunki: m.in. z I. Bloch et al, Nature Physics 2012, I. Bloch et al, RMP (2008)

33 Podziȩkowania: Sponsors: Fundacja na rzecz Nauki Polskiej MPD: Physics of Complex Systems at Jagiellonian University MNiSW i NCN poprzez granty: obecnie MAESTRO

Podobne dokumenty

Kondensat Bosego-Einsteina okiem teoretyka

Kondensat Bosego-Einsteina okiem teoretyka Krzysztof Sacha Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński Plan: Kondensacja Bosego-Einsteina. Teoretyczny opis kondensatu. Przyk lady.