基础研究在量子科学

德马科组进行基础研究的前沿之一21世纪科学:量子力学基本粒子相互作用。量子力学基本粒子的行为背后的物理系统等金属和中子星。我们专注于政权,我们的概念理解和预测能力差,如转换障碍的强烈相互作用的金属变成绝缘体。正是这种类型的基础研究,导致新的之前根本无法想象的应用程序。赫兹的发现的无线电波是一个很棒的例子,基础研究的过程会导致不可预见的转换结果。很难想象在这个无线时代赫兹如何想“这是毫无用处的。这只是一个实验证明大师麦克斯韦是正确的,我们只有这些神秘的电磁波,我们不能用肉眼看到。但是他们有……”对他的发现。

哈伯德模型

哈伯德模型是我们简单的范例电子固体电子之间的相互作用起着重要的作用。在哈伯德模型中,电子隧道相邻latttice网站,和两个电子相互作用在同一个网站。尽管这看似简单,但我们不懂哈伯德模型的一些最基本的功能。突出的问题包括是否哈伯德模型产生递波超导和障碍电导率等性能的影响。很难理解哈伯德模型是因为粒子紧密相关:交互和动能尺度相似,因此没有单粒子理论可以应用(包括平均场理论)。此外,我们只能完全模拟的粒子在我们的最强大的超级计算机,和先进的计算符合摩尔定律让我们添加一个粒子每十年。

光学晶格

我们的工具为研究哈伯德模型光学晶格。在我们的实验中,我们冷原子温度1000000000绝对零度以上。我们陷阱那些超冷原子光学晶格:一段潜在形成干扰激光光束。原子电子或库伯对的角色,和具有离子和共价键的晶格水晶矩阵。原子在晶格是完全被哈伯德模型。通过调整激光强度的比例我们可以不断调整哈伯德隧穿机制相互作用能和探索所有可能的参数。

我们有两种设备为研究使用光学晶格哈伯德模型。在一个,我们陷阱和酷87年Rb原子,玻色子。在另一方面,我们使用40K原子,费米子。每个实验周期大约需要90秒。在一个运行的实验中,我们将原子从室温开始蒸汽冷却,转移地区evaucated约10-12年托,然后在一个光学晶格。我们操纵原子以某种方式(例如,推动他们使用磁场梯度),释放天然气的格子,然后使用共振光和CCD相机图像。在固体与实验相比,可能涉及年材料的发展,我们可以改变材料的模拟参数在每90秒。

我们的实验

我们组主要集中于理解障碍的影响在哈伯德模型和强相互作用的量子系统的动力学和非平衡态性质。

障碍

障碍无处不在在固体和可以发挥核心作用在决定他们的属性。虽然不活泼无序量子系统很好理解,结合inter-particle交互和diosrder几十年来一直是困扰着研究人员。我们添加障碍自然清洁晶格使用光学散斑,这是由聚焦532 nm激光,通过全息扩散器。原子经历一个潜在的散斑强度成正比,在空间随机变化。

我们生产障碍是一种强大的工具,因为我们可以控制障碍的力量通过改变激光散斑强度,完全消除它的规模使其成为最大的能源。障碍也可以完全使用光学显微镜的特点,因此无序哈伯德参数精确已知。

最近的结果和正在进行的工作

多体的定位

最近的结果包含的第一个证据多体的定位,通过测量获得的费米气体的响应被困在金属晶格的政权一个作用力。我们能够观察到足够的障碍局部原子,导致绝缘状态。此外,绝缘状态保存在一个范围的热能量。

你可以阅读关于这项工作的预印本在这里,点击下图查看谈话。

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Bose-glass乱淬灭

我们最近也研究了量子淬灭玻色子原子被困在晶格的障碍。漩涡和其他励磁的障碍高于临界值时观察到的。通过比较先进的量子蒙特卡罗模拟从大卫Ceperley的集团,我们表明,荷载的存在引起Bose-glass阶段。

查看海报关于点击下图这个结果。

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动力学

即使强烈相互作用的平衡性质的量子粒子可以被理解在有限的情况下,许多开放仍然对这些系统的动力学问题。量子系统的动力学特性的关键应用,如量子信息处理和能源传输。超冷原子实验是理想的探索这些现象,因为所有的时间尺度实验可解析,可以删除系统远离平衡。

最近的结果和正在进行的工作

亚稳在光晶格中bec

封闭量子系统平衡两边的过程知之甚少。我们探索平衡清洁光学晶格的玻色子气体通过测量峰值分数。我们发现失去平衡气体甚至可以产生缓慢的开机时间通过比较先进的晶格量子蒙特卡罗模拟从大卫Ceperley的组。在高点阵潜在的深处,我们发现更高的峰值和冷凝部分测量热力学第二定律所允许的。与Stefan Natu合作,我们表明,抑制朗道放松可能产生这种奇怪的行为。

读一本预印在这里工作。

在光晶格中热化

很少有人了解热化哈伯德模型和光学晶格。我们正在调查热化和动量弛豫玻色子和费密子气体在光晶格中。通过快速热玻色气体的动量分布的变化,我们测量的弛豫时间的平衡。发现放松发生异常迅速,使我们意识到冷却quasimomentum分布的新方案。费米子,我们利用受激拉曼转换激活一个旋转组件的运动。我们测量运动的时间潮湿和作用强度和温度的依赖。

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