超冷原子系统中的非线性薛定谔方程研究及其应用
批准号:
12075102
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
赵敦
依托单位:
学科分类:
物理中的数学与计算方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵敦
中文摘要
随着超冷原子理论的发展,出现了许多新类型的非线性薛定谔方程和方程组。获得这些方程(组)解的详尽性质,是深入理解超冷原子系统各种性质的一个重要手段。本项目将研究几类超冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚系统中的非线性薛定谔方程(组),包括带非对称外势的Gross-Pitaevskii方程,以及带自旋轨道耦合的2-分量、3-分量Gross-Pitaevskii方程组。我们将通过解析解,研究1维系统的量子隧穿、量子磁化、量子相变以及其它性质,并在高维情形用变分方法和临界点理论对临界参数下基态解的性质进行定性刻画。本项目关于具有非对称外势的方程(组)的研究,对理解非互易量子隧穿以及低维材料的量子特性有重要意义。到目前为止,对具有非对称势阱的系统的解析研究几乎还是空白,期望本项目在这方面的探索能够起到一定的引领作用。
英文摘要
With the development of the theory of ultracold atoms, there appear a quantity of new types of nonlinear Schrodinger equations. To comprehend deeply the quantum properties of the ultracold-atom systems, an important method is to get the detailed properties of the solutions of these equations. In this project we will consider several kinds of nonlinear Schrodinger equations arising from Bose-Einstein condensates, including nonlinear Schrodinger equations with asymmetric potential, the 2- and 3-component Gross-Pitaevskii system with spin-orbit coupling. By virtue of analytical solutions, we will investigate the quantum tunneling, quantum magnetism, quantum phase transition and other properties of the 1-D ultracold-atom system. We will also apply variational method and critical point theory to analyze these equations to learn the asymptotic behavior of the ground states near the threshold of the parameters. The study on the equations with asymmetric potential is very important for understanding the nonreciprocal quantum tunneling and the quantum properties of low-dimensional materials. Up to now, very few literatures are devoted to the analytical study of the systems with asymmetric potentials, we hope this project can promote the development of this area.
超冷原子系统由于其独特的宏观量子效应与高度可调控的特性,已成为现代物理学研究量子模拟的理想平台。在此背景下,系统研究其中的非线性薛定谔方程及方程组,是深入理解超冷原子领域相关问题非常重要的途径,无论是对量子力学理论本身,还是对于原子激光、超流、超导、量子信息、低维材料等领域都有重要的意义。本项目主要聚焦于玻色-爱因斯坦凝聚体系中非线性量子效应的动力学机制和理论的研究。项目从物理和数学两个方面,针对几类非线性薛定谔方程和方程组,就物理学领域关心的一些重要问题进行了深入研究,所得成果完善和发展了一些已有理论,建立了一些理论的相关数学基础。本项目主要成果包括:1)应用孤立子理论,在1-维情形下,通过解析解,对带自旋-轨道耦合的准2-分量、3-分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的孤子动力学机制进行了深入研究,精确揭示了自旋-轨道耦合对多孤子动力学及其稳定性的影响,发现自旋-轨道耦合会导致孤子的分裂,并可触发两种不同的孤子振荡模式。这些结果,对深入理解自旋-轨道耦合效应在量子操控中的作用提供了理论依据。我们还给出了几类量子磁化模式。另外,还得到了不对称势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体系统的静态解;2)应用偏微分方程的理论,在2-维情形下,从数学层面研究了在谐振子势阱中的自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体基态的存在性与平均场相互作用及自旋交换作用之间的关系,刻画了基态存在的门槛条件及基态的渐近行为和质量集中现象,同时研究了基态在势阱无限陡峭时的极限行为;3)研究了2-维半相对论型的非线性薛定谔方程解的爆破现象,得到了一些新的深刻的结果。本项目的成果为深入理解超冷原子系统的孤子动力学、基态性质,以及可能的物理实验提供了理论支撑。本项目发展的一些数学方法,也可以进一步应用到其它一些物理模型中。
旋量玻色爱因斯坦凝聚体动力学的解析研究
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批准号:11475073
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2014
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负责人:赵敦
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依托单位:
P(X)拉普拉斯方程的研究
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批准号:10226033
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项目类别:数学天元基金项目
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资助金额:2.5万元
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批准年份:2002
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负责人:赵敦
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依托单位:
某些物理系统的精确解研究
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批准号:10205007
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2002
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负责人:赵敦
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依托单位:
国内基金
海外基金