外场中的超冷原子系统由于其相互作用强度、组份、维度、外势等参数的可控性被认为是一种理想的可调控凝聚态系统。近年来，许多具有内禀自由度的超冷原子被制备出来，为探索新奇量子态开辟了新的途径。同时，由于原子内部自由度所引起的能级超精细结构会对超冷原子的低能物理性质产生很大影响，许多在传统凝聚体中所没有的或不容易研究清楚的奇异量子态在高自旋冷原子系统中产生了。本项目将从数值模拟和解析计算两方面研究光晶格中具有内部自由度的超冷原子系统的相变和动力学性质，包括不同有序态的共存和竞争、量子相变、元激发、相干性、输运性质和动力学行为；不同原子系综间的量子关联特性；高自旋费米子系统的配对和凝聚机制；以及光晶格中携带不同自旋的冷原子混合系统包括玻色费米混合系统中的动力学特性，等等。通过这些综合研究将揭示一些新奇量子现象和系统的基本属性，确定它们的重要物理机制，以期对该体系中的奇异量子态有全面的认识。