基于费米气体中自旋轨道角动量耦合效应制备的巨型涡旋

将拉盖尔-高斯光的轨道角动量转移给超冷原子，在旋量BEC系统中，可以直接可控地产生涡旋，并观测到了量子相变。对于两分量费米原子气体形成的超流体，是否也能通过这样的方式产生量子涡旋呢？何联毅与合作者发现实验中可以调控的拉曼耦合强度和双光子失谐量在理论上分别扮演了横向和纵向磁场的角色，后者还使得时间反演对称性受到破坏。与自旋-轨道角动量耦合效应综合在一起，费米面会发生变形。因此在费米原子发生Cooper配对的时候，倾向于产生总角动量不为零的配对。理论计算表明体系存在两种涡旋相：有能隙的涡旋相和无能隙的涡旋相。在涡旋态中，由于准粒子能谱中存在Caroli-deGennes-Matricon（CdGM）态，涡旋中心将产生可观的自旋极化，很容易在实验中被观测到。研究还发现，这个体系中产生的量子涡旋的尺寸远大于在旋转体系中产生的涡旋尺寸，而且可以通过改变光场的腰宽来调节。该主体数据产生于2019年1月-2020年4月间清华大学物理系何联毅课题组。所有数据通过求解Matlab数值求解Bogoliubov-deGennes方程得到。