6、超冷原子量子物质的探测与控制

超冷原子量子物质的探测与控制

在超冷原子领域，对量子物质的研究涉及多个重要模型和物理现象。下面将详细介绍玻色 - 哈伯德模型、费米 - 哈伯德模型以及超冷原子在光晶格中的量子磁性等内容。

1. 玻色 - 哈伯德模型

玻色 - 哈伯德模型的理论提出及其实验实现，开启了超冷量子气体强关联物理的研究。在该模型中，相互作用的玻色气体占据周期性势场的最低布洛赫带，当相互作用与动能之比 (U/J) 低于临界值 ((U/J)_c) 时，系统呈现超流态；而对于整数填充的晶格，当 (U/J > (U/J)_c) 时，系统转变为强关联的莫特绝缘态。

通过增加光晶格深度，可以调节系统的相互作用与动能之比 (U/J)，使其达到较大值。即使不利用散射共振来调节 (U)，也能通过猝灭系统的动能，使玻色量子气体进入莫特绝缘态的强关联区域。

超流态与莫特绝缘态之间的转变具有许多显著特征，其中之一是相干性质的变化：
- 超流态 ：超流态下，凝聚体具有长程相位相干性，当量子气体从光晶格中释放时，会出现尖锐的物质波干涉峰。
- 莫特绝缘态 ：在深度莫特绝缘相 (U/J \gg (U/J)_c) 中，系统由整数格点密度的纯福克态组成，不会观察到干涉图案。不过，对于有限隧穿情况，量子气体动能引起的粒子 - 空穴涨落，会使莫特绝缘体具有一定的相干性质，但这种相干性是短程的，与玻色 - 爱因斯坦凝聚体的长程相位相干性明显不同。随着向超流态转变点的接近，粒子 - 空穴对的范围逐渐扩大，最终在转变点形成超流态。因此，可以将莫特绝缘体视为固定密度背景上的束缚粒子 - 空穴对气体。

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