论文部分内容阅读
对旨在理解量子多体相互作用的超冷费米原子的研究是当前原子分子和光物理领域内的研究热点和重要方向。原子间的碰撞相互作用可以用外加磁场或光场诱导的所谓的Feshbach共振来调控,表征其相互作用强弱的s-波散射长度的大小和符号能被精确地改变,从而可以在这样的超冷费米原子气体中研究分子的玻色爱因斯坦凝聚(molecular BEC)和原子对的Bardeen-Cooper-Schrieffer超流(BCS superfluid),以及BEC和BCS的渡越(crossover)。另外对原子气体的光学俘获势阱的操控可实现低维强相互作用的物质,展现出丰富的相图,比如可以研究相分裂,晶体位相、新奇的配对机制和长寿命的三聚体等,甚至可以实现具有长程偶极-偶极相互作用的极性超冷分子。在上述的实验研究中,6Li扮演了重要的角色。它是碱金属元素中仅有的两种稳定的费米子之一。尽管6Li是自然界中最轻的能被激光冷却的金属元素,具有质量轻、单光子反冲能量大等特点使其很难冷却到极低的温度,但它具有极大的原子相互作用,即使是在无外加磁场的作用下,其仍然具有极大的背景散射长度(-2200a。,a。为Bohr半径)。在外加磁场作用下有两个Feshbach共振：一个共振宽度为300 Gauss口一个共振宽度为0.2Gauss。这些特点使。Li成为理解和研究多体强相互作用的理想选择。研究费米简并和强相互作用的起点是实现原子的磁光冷却和俘获。本论文的主要工作是搭建了冷却和俘获8Li原子的实验装置,在此基础上通过激光冷却实现了费米原子的磁光阱(MOT),得到了大密度的冷原子样品,研究了冷原子的装载动力学。实现费米6Li的MOT是实现量子简并的重要组成部分,数目多、装载率快、温度低以及复现率高的优质量的MOT为最终的偶极俘获、蒸发冷却和多体强相互作用奠定了坚实的基础。本论文的研究成果有以下几个部分：1,设计及实现了激光冷却所需的超高真空系统。采用机械分子泵、溅射离子泵、钛升华泵、真空电离规等搭建了两级真空腔体。第一级真空度为4×10-11Torr,第二级真空度为3×10-11 Torr。2,设计了适用于6Li原子的塞曼减速器,实现了原子的一维冷却。它由八节独立的磁场线圈和一束负失谐的高功率激光组成,经过优化后可以把从加热炉中喷射出的运动速度高达1100 m/s的6Li原子在轴向上减速到50 m/s,径向上减速到4 m/s。3,搭建了磁光阱的激光系统,实现了费米6Li的冷原子。实验中利用单一的激光光源实现了俘获和冷却6Li原子所需的冷却光和再抽运光系统,10秒的时间可以在磁光阱中装载近2×108冷原子,冷原子的寿命高达100秒。4,研究了磁光阱中冷原子的装载动力学,测量了装载率、单体碰撞损失率及原子数分别和温度、冷却光功率、磁场梯度的关系。基于气体热力学动能原理和原子的碰撞散射理论计算可以很好地解释实验结果。