Emerging many-body phenomena in Raman-dressed ultracold atoms
Els sistemes d'àtoms ultrafreds són una excel·lent plataforma pel desenvolupament de la ciència i les tecnologies quàntiques. El seu grau de flexibilitat i la precisió amb què poden ser manipulats i interrogats per mitjà de camps electromagnètics els converteix en un sistema ideal per la simula...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265471 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/265471 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Àtoms ultrafred Átomos ultrafríos Ultracold atoms Simulació quàntica Simulación cuántica Quantum simulation Acoblament raman Acoplamiento raman Raman coupling Ciències Experimentals |
| Sumario: | Els sistemes d'àtoms ultrafreds són una excel·lent plataforma pel desenvolupament de la ciència i les tecnologies quàntiques. El seu grau de flexibilitat i la precisió amb què poden ser manipulats i interrogats per mitjà de camps electromagnètics els converteix en un sistema ideal per la simulació de fenòmens quàntics de molts cossos. Els gasos ultrafreds vestits amb llum Raman, on estats interns són acoblats mitjançant la interacció dipolar àtom-llum, són una eina prominent per la simulació de camps gauge i de l'acoblament espín-òrbita. En combinació amb les interaccions àtom-àtom en el gas, l'acoblament Raman ofereix una via prometedora cap a l'observació i l'exploració experimental d'ordre topològic i de magnetisme quàntic en gasos ultrafreds. En aquesta tesi considerem una nova perspectiva i interpretem l'acoblament Raman com una eina per dissenyar àtoms artificials amb propietats inusuals i interaccions que es poden modificar amb la llum Raman. Mostrem que aquest procediment el podem aplicar per descriure els règims de baixa energia tant de gasos amb interacció feble, com en gasos fortament interactuants carregats en xarxes òptiques. Aquesta descripció ens permet identificar nous fenòmens i proposar protocols experimentals per poder observar-los. Seguint aquest enfocament, primer estudiem el gas en el règim d'interacció i acoblament feble, on explorem l'emergència i potencials usos de la dinàmica coherent de col·lisió que canvia l'espín, mitjançada per processos Raman. Demostrem que, a baixes energies, el gas bosònic vestit es pot descriure com un grau d'espín macroscòpic. Aquest mapa ens permet dissenyar de dos protocols per preparar de forma eficient la fase "stripe" ferromagnètica, una fase fràgil que exhibeix propietats de supersòlid i que ha atret una atenció significant. A la vegada, a través del model efectiu podem identificar noves fases quàntiques d'estat excitat (FQEEs) en el gas vestit, en correspondència directa amb aquelles conegudes en el mateix sistema sense acoblament Raman. A més, les fases al sistema vestit són més riques, i estan caracteritzades per les propietats espacials de la funció d'ona macroscòpica. Mostrem també que un protocol basat en aquestes propietats podria facilitar la detecció experimental de les FQEEs. Finalment, ens centrem en un règim fortament correlacionat del gas bosònic vestit d'espín-½ en una xarxa òptica unidimensional. Procedint de forma anàloga, veiem com, per acoblaments Raman forts, l'Hamiltonià escrit en termes dels estats vestits de la banda més baixa descriu un sistema d'escala triangular amb flux magnètic escalonat i interaccions locals. Mitjançant aquest senzill mapa, podem predir l'existència de règims de paràmetres on l'Hamiltonià estabilitza fases -- un superfluid, una fase de dímer aïllant i un superfluid quiral-- anàlogues a les que caracteritzen una gran classe de models de Heisenberg en presència de frustració geomètrica. Observem com les fases persisteixen per un ample rang de paràmetres del model original, i discutim la seva potencial realització en experiments capdavanters amb àtoms ultrafreds. Aportem, doncs, un enfocament alternatiu per a la realització de fases magnètiques fortament correlacionades. |
|---|