偶极BEC中的冯-卡门涡街现象研究

论文摘要

近年来,关于玻色-爱因斯坦凝聚体相关理论和实验的研究一直占据物理学热点和前沿阵地,偶极玻色-爱因斯坦凝聚体由于表现出很多新奇而有趣的物理现象而受到物理学家广泛的关注。偶极相互作用对凝聚体的基态性质、稳定性以及动力学行为有着重要影响。铬原子偶极玻色-爱因斯坦凝聚的实现使得对偶极相互作用的研究有了重要突破。超流体中的涡街现象更是冷原子领域的研究热点之一,然而,偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡街现象一直没有被发现。我们研究了具有长程各向异性相互作用的偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡街现象。第一章首先简要介绍了该研究的物理背景及相关基础知识,包括玻色-爱因斯坦凝聚体的介绍及其在实验上的实现,玻色-爱因斯坦凝聚体的特点以及玻色-爱因斯坦凝聚体中的非线性薛定谔方程;然后介绍了Bénard–von Kármán涡街现象的发现、在现实生活中的应用以及Bénard–von Kármán涡街给人类生产生活带来的危害;最后介绍了玻色-爱因斯坦凝聚体中Bénard–von Kármán涡街研究现状及其研究意义。第二章主要介绍了偶极玻色-爱因斯坦凝聚体的研究意义,偶极间相互作用的特点以及国内外关于偶极玻色-爱因斯坦凝聚体研究的现状及发展动态。同时,对本研究所涉及到的理论基础和数值研究方法进行了简单的梳理。包括GP方程的约化处理过程、虚时演化方法的思想以及时间劈裂谱方法的介绍。第三章重点介绍了本文的主要工作,在平均场理论近似下,对三维GP方程进行约化处理,得到描述偶极玻色-爱因斯坦凝聚体无量纲化的准二维GP方程,利用虚时演化法得到系统的基态。以任意波函数作为初始条件,利用时间劈裂谱方法对原始方程进行动力学演化,研究了障碍物势在凝聚体中以一定速度运动时其动力学行为。主要考察了障碍物势形状及其尺寸、障碍物势的运动速度以及偶极相互作用强弱对尾流中产生的涡旋结构的影响,结果表明:当障碍势在偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的运动速度与障碍物尺寸在选取合适时,障碍物势后尾流中会出现稳定的两列涡旋对阵列,即Bénard–von Kármán涡街。通过系统的计算,研究了产生涡街的参数区间,得到了偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中涡街产生的相图。通过障碍物势所受的拖拽力对涡旋对产生的力学机理进行了研究,对涡街产生的原因进行了分析。我们的研究有利于对偶极玻色-爱因斯坦凝聚体更进一步认识和理解,也对量子涡旋结构的研究有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 玻色-爱因斯坦凝聚体
•     1.1.1 什么是玻色-爱因斯坦凝聚体
•     1.1.2 玻色—爱因斯坦凝聚的特点
•     1.1.3 玻色—爱因斯坦凝聚体中的非线性薛定谔方程
•   1.2 卡门涡街
•   1.3 玻色-爱因斯坦凝聚体中卡门涡街研究现状
•   1.4 本文的主要工作及结构安排
• 第二章 偶极玻色-爱因斯坦凝聚体
•   2.1 偶极玻色-爱因斯坦凝聚体的研究意义
•   2.2 偶极间的相互作用
•   2.3 Gross-Pitaevskii方程
•   2.4 数值计算方法
•     2.4.1 虚时演化法
•     2.4.2 时间劈裂法
• 第三章 类方势阱下偶极BEC中的冯-卡门涡街
•   3.1 引言
•   3.2 理论模型
•   3.3 数值结果
•   3.4 结论
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 席忠红

导师: 石玉仁

关键词: 玻色爱因斯坦凝聚,偶极相互作用,方势阱,卡门涡街

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 西北师范大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: O469

总页数: 60

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