中国科大发现相互作用增强超辐射相变的新机制
中国科年夜郭光灿院士团队易为传授研究组正在超冷原子及开放系统相变的实践研究中取患上重要进展,展现了原子-腔混淆体系中彼此作用加强超辐射相变的新机制。相干结果以“Interaction-Enhanced Superradiance of a Rydberg-Atom Array”为题,于12月9日颁发于国际学术期刊《物理评论快报》。超辐射相变最先可追溯到半个世纪后人们对Dicke模子的研究。正在Dicke模子中,相互间无彼此作用的原子与光场耦合,当耦合加强至阈值时,系统中泛起失常态到超辐射态的持续相变——正在超辐射态下,原子的引发态以及光场均呈高占领状况。近似的征象一样存正在于开放量子体系的稳态中,而最近几年来超冷原子气体量子调控以及量子摹拟方面的进展,极年夜地鞭策了对开放量子体系超辐射相变的摸索。正在近期的实践以及试验中,研究者发明正在量子气体-光腔的混淆体系中,量子统计对超辐射相变有重要影响。然而,这些体系的原子间凡是没有存正在彼此作用或彼此作用较弱。是否存正在某种机制,令原子间彼此作用显著影响开放体系的稳态超辐射相变,这无理论上是一个重要问题。图1. (a) 稳态相图,由光子数描画;(b) 没有同腔耗散κ下的
中国科年夜郭光灿院士团队易为传授研究组正在超冷原子及开放系统相变的实践研究中取患上重要进展,展现了原子-腔混淆体系中彼此作用加强超辐射相变的新机制。相干结果以“Interaction-Enhanced Superradiance of a Rydberg-Atom Array”为题,于12月9日颁发于国际学术期刊《物理评论快报》。
超辐射相变最先可追溯到半个世纪后人们对Dicke模子的研究。正在Dicke模子中,相互间无彼此作用的原子与光场耦合,当耦合加强至阈值时,系统中泛起失常态到超辐射态的持续相变——正在超辐射态下,原子的引发态以及光场均呈高占领状况。近似的征象一样存正在于开放量子体系的稳态中,而最近几年来超冷原子气体量子调控以及量子摹拟方面的进展,极年夜地鞭策了对开放量子体系超辐射相变的摸索。正在近期的实践以及试验中,研究者发明正在量子气体-光腔的混淆体系中,量子统计对超辐射相变有重要影响。然而,这些体系的原子间凡是没有存正在彼此作用或彼此作用较弱。是否存正在某种机制,令原子间彼此作用显著影响开放体系的稳态超辐射相变,这无理论上是一个重要问题。
图1. (a) 稳态相图,由光子数描画;(b) 没有同腔耗散κ下的相界限。
该研究事情基于里德堡原子阵列与腔的耦合系统,发明了彼此作用对超辐射相变的显著加强效应(图1)。以里德堡原子阵列耦合耗散腔的安装(图2a)为例,正在一系列特定的彼此作用强度下,即便肆意小的原子-腔耦合也能带来超辐射的稳态,且这一举动没有受腔耗散的影响。研究展现,该征象的泛起源于原子间彼此作用惹起的低能团体态的简并(图2c)。这一机制使患上系统正在相变临界点相近的举动,可以用涌现的量子Rabi模子举行描画,为超辐射相变的实践图象以及试验完成供给了新的视角。联合此后人们对弱彼此作用玻色子以及非彼此作用费米气体中超辐射征象的懂得,该事情完美了对量子多体开放体系中超辐射相变的熟悉,展现了量子多体物理正在非均衡相变中的作用。
图2. (a) 里德堡原子阵列耦合耗散腔示用意;(b) 将狭义Dicke模子等效为Dicke态组成的量子Rabi模子;(c)基于试验参数的临界点计较和低能团体原子态的简并。
中国迷信院量子信息重点试验室易为传授为通信作者,博士生韩奕文为论文第一作者,博士生李浩伟为第二作者。该研究遭到国度基金委、科技部、安徽省实践物理根蒂根基学科研究中间等名目的赞助。
论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.243401