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2022-09-20 11:45 |
西安光機所光場非線性調(diào)控與量子非線性物理前沿理論研究取得系列進展
非線性科學是自二十世紀六十年代以來，在以非線性為特征的各分支學科的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的綜合性學科，其中1960年激光的發(fā)明和應用促進了非線性光學的誕生和長足發(fā)展。二十一世紀以來，非線性科學的研究呈現(xiàn)出明顯的跨學科交叉性等特點，例如超冷原子分子非線性現(xiàn)象的研究就涉及原子分子與凝聚態(tài)物理、數(shù)學、化學、統(tǒng)計力學、流體力學、機器學習等，并與各種精密測量實驗方法和操控技術(shù)（如光場調(diào)控技術(shù)）緊密結(jié)合。隨著第二次量子革命的興起和發(fā)展，新型量子技術(shù)可觀測和操控量子物質(zhì)（如原子分子、電子和光子）中的非線性行為，推動了量子非線性科學、極端非線性光學和非線性物理的蓬勃發(fā)展。近年來，光場的非線性調(diào)控及光在非線性介質(zhì)中的傳輸和應用吸引了諸多基礎(chǔ)和應用基礎(chǔ)研究人員的關(guān)注，成為非線性光學領(lǐng)域的前沿重點方向。 R27'00(Z0
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中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態(tài)光學與光子技術(shù)國家重點實驗室副研究員曾健華團隊長期從事非線性物理基礎(chǔ)理論研究，近期在量子多體物理與光場非線性調(diào)控前沿理論方面取得三項研究進展，其中，兩篇論文以One-dimensional purely Lee-Huang-Yang fluids dominated by quantum fluctuations in two-component Bose-Einstein condensates和Overcoming the snaking instability and nucleation of dark solitons in nonlinear Kerr media by spatially inhomogeneous defocusing nonlinearity為題發(fā)表在《混沌、孤子與分形》（Chaos, Solitons & Fractals）上，另一項研究成果以Nonlinear localized modes in one-dimensional nanoscale dark-state optical lattices為題發(fā)表在《納米光子學》（Nanophotonics）上。 Wl| i$L)7
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“李黃楊修正項”（Lee-Huang-Yang correction）是指物理學家楊振寧與合作者于上世紀五十年代將贗勢法和雙碰撞方法用于稀薄玻色子多體系統(tǒng)相互作用研究中得到的基態(tài)能量修正項，它用來描述超冷原子的量子漲落現(xiàn)象，在冷原子動力學本征方程中, 量子漲落效應對應于微弱的“李黃楊修正項”，當將所有原子產(chǎn)生的量子漲落作用力相加，原子之間的吸引力就會強于排斥力，從而使原子相互制約和聚集，并形成量子液滴。由于量子漲落極其微弱，因此形成的量子液滴就成了最稀薄的液體，比水還稀薄一億倍。2021年，曾健華團隊將費希巴赫共振技術(shù)應用到一維量子液滴的非線性調(diào)控中，從理論上研究了類孤子形狀的小液滴、由幾個孤子組成的中液滴和具有平頂形狀的大量子液滴的形成和穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)量子液滴的穩(wěn)定區(qū)域得到了極大擴展。2018年，丹麥奧胡斯大學聯(lián)合研究團隊的理論預測發(fā)現(xiàn)，在兩組分超冷玻色原子系統(tǒng)中，選擇合適的原子密度和相互作用強度使得組分內(nèi)吸引力和組分間排斥力相互抵消，存在一種完全由“李黃楊修正項”描述的三維稀薄液體，并冠之以“李黃楊流體”；該研究團隊于2021年在實驗上觀測到了這一嶄新的物質(zhì)形態(tài)。然而關(guān)于低維純“李黃楊流體”的理論模型仍然亟待建立，其動力學行為的研究和調(diào)控是量子非線性物理的重要前沿課題。 j4XVk@'OX
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為此，曾健華團隊從第一性原理出發(fā)，在一維量子液滴的工作基礎(chǔ)上，推導了描述一維純“李黃楊流體”的非線性動力學模型，通過解析解找到了基態(tài)模，結(jié)合直接數(shù)值模擬和線性穩(wěn)定性分析兩種理論方法，研究了其動力學行為，找到了其在相應物理量中的穩(wěn)定區(qū)域。同時，考慮在引入諧振子勢的情況下，通過變分近似方法和數(shù)值方法，研究人員研究了“李黃楊流體”基模的非線性演化特性和穩(wěn)定情況，從數(shù)學計算上研判了“李黃楊流體”高階模式的穩(wěn)定區(qū)域。此外，他們還研究了兩個“李黃楊流體”之間的結(jié)合和準彈性碰撞動力學，揭示了豐富、有趣和深奧的低溫碰撞物理學【Chaos, Solitons & Fractals 160, 112240 (2022)】。 bxa> :71
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