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激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体的新奇非平衡量子相

批准号:
12074344
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
梁兆新
依托单位:
学科分类:
与光学有关的交叉领域
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
梁兆新

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
半导体光学微腔中的激子极化激元是半导体激子和腔模光子发生强耦合相互作用形成的部分光、部分物质的二维杂化玻色子。激子极化激元凝聚体形成没有平衡态凝聚态物理对应的新奇非平衡量子相的‘室温’量子模拟器,其典型特征是非平衡导致的量子耗散与系统的量子相干性在决定宏观量子相时是同等重要的。本项目在平均场理论和超越平均场理论框架下,以具有自旋自由度、光晶格和自旋轨道耦合激子极化激元凝聚体为研究对象,研究制备非平衡量子态的核心挑战:理解驱动和耗散通过何种机制在微观层面上破坏系统的细致平衡条件进而决定宏观可观测的新奇非平衡量子现象?包括(1)驱动和耗散如何影响平衡态已有的量子相?(2)是否会有新颖的低能激发谱的出现?(3)是否会有新颖的例如孤子和涡旋的非线性元激发的出现?我们的研究将有助于深入认识量子系统的非平衡特性,提升对量子多体体系的复杂动力学的调控能力。
英文摘要
Exciton-polaritons are hybrid light–matter bosonic quasiparticles formed by strongly interacting photons and excitons in semiconductor microcavities. Exciton-polariton condensate creates a novel, genuine non-equilibrium quantum simulator aimed at the room temperature without immediate counterpart in equilibrium condensed matter physics characterized by the simultaneous appearance of coherent and driven-dissipative quantum dynamics on an equal footing in a macroscopic system. Driving and dissipation violate detailed balance equilibrium conditions strongly on the microscopic level. A prominent goal of this project is to understand how this microscopic driving conditions transforms into macroscopically observable effects in a spinor polariton condensate with the spin-orbital coupling in an optical lattice at both mean-field level and beyond field level: (1) What is the fate of equilibrium phases under such driving and dissipative conditions? (2) Are there novel non-equilibrium collective excitation classes? (3) Can there be new states of quantum matter such as dissipative soliton and vortex emerging from such dynamics? Our investigations will help further understanding non-equilibrium characters of quantum systems and promoting our capability to control the complicated dynamics in quantum many-body system.
半导体光学微腔中的激子极化激元是半导体激子和腔模光子发生强耦合相互作用形成的半光、半物质的二维杂化玻色子。激子极化激元凝聚体的非平衡本质、室温凝聚温度与其高度微观可调控性融合在一起,是研究非平衡新奇量子相的‘室温’量子模拟器。同时,受益于半光、半物质的双重属性,既具有超越传统光学系统的强相互作用和相干性的特性,又为基于先进的光学探测手段来研究非平衡多体量子效应打开了新的大门,属于国际前沿课题。本项目旨在研究驱动和耗散在微观层面上破坏系统的细致平衡条件进而决定宏观可观测的新奇非平衡量子现象的物理机制,展开了多维度的深入研究,取得了系列进展。首先,研究了激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体超流相的声速和其中移动的经典杂质所施加的反常拖曳力,揭示了非共振激发下库模式如何影响极化子凝聚体的超流体性。研究了孤子非线性Thouless泵浦的鲁棒性,发现了耗散磁孤子这一新现象,研究了耗散暗单以及双孤子的动力学和稳定的二维耗散亮孤子,研究了噪音环境下的二能级模型的量子隧穿,为解决在远离平衡的关联体系中制备与表征拓扑态的难题提供了新路径。接着,在平均场近似下,研究玻色-爱因斯坦凝聚体从三维到二维和一维的渡越以及状态方程的普适性以及非普适性,这些结果揭示了在不同维度之间进行交叉时,量子涨落行为的演变和变化,有助于深入理解低维物理学的本质和特性。最后,通过应用Cornwall-Jackiw-Tomboulis(CJT)有效场理论,研究了超冷量子玻色气体状态方程的超越李-黄-杨修正,得到超越平均场的状态方程不仅提高了理论模型的适用范围,也为量子模拟实验提供了新的理论基础。...项目执行的4年期间,发表了包括6篇Phys. Rev. A在内的13篇SCI文章,3篇教研科普《大学物理》文章,1成果被《理论物理通讯》以“编辑推荐”形式报道,并被澎湃新闻等媒体进行新闻推荐。
非线性拓扑量子输运与调控
  • 批准号:
    Z25A040007
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    梁兆新
  • 依托单位:
激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体的新奇非平衡量子相
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    梁兆新
  • 依托单位:
非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体的新奇量子相
  • 批准号:
    LZ21A040001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    梁兆新
  • 依托单位:
国内基金
海外基金