Tesis doctoral de Tobias Daniel Grass
La presente tesis estudia una variedad de sistemas atómicos ultrafríos sometidos a campos de gauge artificiales. En la primera parte nos centramos en los efectos hall cuánticos fraccionales, preguntándonos si se pueden producir estados topológicos interesantes con átomos fríos. Empezamos estableciendo una estrecha conexión con sistemas de estado sólido, considerando en primer lugar átomos fermiónicos con interacciones dipolares. Suponiendo que el sistema esté en el estado de laughlin, se evalúa la diferencia de energía en el límite termodinámico como una medida de la robustez del estado. Se demuestra que la robustez se puede aumentar por la aplicación adicional de un campo de gauge no abeliano cuyo efecto es comprimir los niveles de landau. A continuación consideramos sistemas bosónicos con interacciones repulsivas de contacto. la generación de campos magnéticos artificiales para bosones ultrafríos ha sido ampliamente discutida previamente en el contexto de la rotación de los gases de bose. Seguimos un enfoque diferente en el que el campo de gauge se debe a un acoplamiento átomo-láser. Por lo tanto, las transiciones entre diferentes estados vestidos tienen que ser incluidas. Mostramos como dichas transiciones rompen la simetría cilíndrica del sistema, lo que requiere generalizar el estado laughlin y el estado moore-read de forma appropriada. Se determinan los regímenes de parámetros en los que estos estados proporcionan una representación del estado fundamental del sistema obtenido a través de diagonalización exacta. Una de las características más interesantes de los estados hall cuánticos fraccionales es el comportamiento anyonico de sus excitaciones. Por lo tanto, también estudiamos quasi-agujeros en el estado laughlin y en el estado de laughlin generalizado. Se muestran sus propiedades anyonicas, que se manifiestan incluso en sistemas pequeños. Por otra parte, la dinámica de un solo quasi-agujero provoca efectos visibles en la densidad del sistema que permiten distinguir claramente el régimen laughlin de fases menos correlacionadas. En estas últimas se observa una secuencia de colapsos y resurgimientos del quasi-agujero, que no se observa en el régimen de laughlin. extendiendo el estudio a los sistemas bosónicos con pseudoespín-1/2, se discute la formación de singletes de espín fuertemente correlacionados. Sorprendentemente, en el llenado ¿=4/3, el sistema se describe correctamente por un estado con excitaciones non-abelianas, que se construye como el estado fundamental de energía cero con interacciones repulsivas de contacto a tres cuerpos. Los sistemas con grados de libertad internos también permiten la generación de acoplamiento spin-órbita artificial. Se muestra que da lugar a una variedad de estados incompresibles. En la segunda parte de la tesis, nos concentramos en sistemas condensados. Los condensados de bose-einstein con acoplamiento espín-órbita presentan una degeneración en la descripción de campo medio, que se rompe por fluctuaciones cuánticas o térmicas. El sistema puede realizarse experimentalmente en tres dimensiones, donde la fracción no condensada permanece finita, y por lo tanto permite una observar este mecanismo de orden por desorden. Por último, se estudia la influencia de los campos de gauge abelianos y no abelianos en las transiciones de fase cuánticas de bosones en una red óptica cuadrada. En dichos sistemas, se producen fases interesantes como superfluidos reentrantes o superfluidos de momentos finitos.
Datos académicos de la tesis doctoral «Ultracold atoms in artificial gauge fields«
- Título de la tesis: Ultracold atoms in artificial gauge fields
- Autor: Tobias Daniel Grass
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 23/04/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Maciej Lewenstein
- Tribunal
- Presidente del tribunal: jean Dalibard
- nigel Cooper (vocal)
- (vocal)
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