Выпуски

 / 

2016

 / 

Ноябрь

  

К 100-летию со дня рождения В.Л. Гинзбурга. Физика наших дней


Охлаждение и термометрия атомных ферми-газов

 а, б
а Dipartimento di Fisica ‘Galileo Galilei’, Universita di Padova, via F. Marzolo 8, Padova, 35131, Italy
б Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, 6127 Wilder Laboratory, Hanover, New Hampshire, USA

Рассматривается состояние методов охлаждения, направленных на достижение наиглубочайшего квантового вырождения в атомных ферми-газах. Обсуждаются физические мотивы и даётся количественная оценка, из которой видна востребованность глубокого квантового вырождения, например, для поиска нетрадиционных сверхтекучих состояний. Особое внимание уделено наиболее распространённому методу достижения квантового вырождения в ферми-системах — симпатическому охлаждению бозон-фемионных смесей, описание которого даётся на конкретных примерах химических элементов. Представлены различные предложения по обходу ограничений в достижении наиглубочайшего квантового вырождения, а также их экспериментальная реализация. В заключение обсуждаются распространение этих методов на оптические решётки и реализация прецизионной термометрии, которая играет ключевую роль в объяснении фазовых диаграмм классических и квантовых фазовых переходов в ферми-газах.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: ультрахолодные ферми-газы, фермион-бозонные смеси, явления сверхтекучести, пленение атомов, термометрия
PACS: 03.75.Ss, 05.30.Fk, 07.20.Dt, 37.10.De, 67.60.Bc (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2016.07.037873
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2016/11/c/
Цитата: Онофрио Р "Охлаждение и термометрия атомных ферми-газов" УФН 186 1229–1256 (2016)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 8 июня 2016, доработана: 5 июля 2016, 6 июля 2016

English citation: Onofrio R “Cooling and thermometry of atomic Fermi gasesPhys. Usp. 59 1129–1153 (2016); DOI: 10.3367/UFNe.2016.07.037873

Список литературы (232) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (60) Похожие статьи (2)

  1. Kapitza P Nature 141 74 (1938)
  2. Allen J F, Misener A D Nature 141 75 (1938)
  3. Landau L D J. Phys. USSR 5 71 (1941); Ландау Л Д ЖЭТФ 11 592 (1941)
  4. Гинзбург В Л УФН 174 1240 (2004); Ginzburg V L Phys. Usp. 47 1155 (2004); Ginzburg V L Rev. Mod. Phys. 76 981 (2004)
  5. Fetter A L, Svidzinsky A A J. Phys. Condens. Matter 13 R135 (2001)
  6. Fetter A L Rev. Mod. Phys. 81 647 (2009)
  7. Hall H E, Vinen W F Proc. R. Phys. Soc. A 238 204 (1956)
  8. Hess G B, Fairbank W M Phys. Rev. Lett. 19 216 (1967)
  9. Sanders T M, Packard R Phys. Rev. Lett. 22 823 (1969)
  10. Packard R E, Sanders T M (Jr.) Phys. Rev. A 6 799 (1972)
  11. Abo-Shaeer J R et al. Science 292 476 (2001)
  12. Абрикосов А А ЖЭТФ 32 1442 (1957); Abrikosov A A Sov. Phys. JETP 5 1174 (1957)
  13. Raman C et al. Phys. Rev. Lett. 87 210402 (2001)
  14. Abo-Shaeer J R, Raman C, Ketterle W Phys. Rev. Lett. 88 070409 (2002)
  15. Pethick C J, Smith H Bose—Einstein Condensation in Dilute Gases (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002)
  16. Pitaevskii L P, Stringari S Bose—Einstein Condensation (Oxford: Oxford Sci. Publ., 2003)
  17. Anderson M H et al. Science 269 198 (1995)
  18. Davis K B et al. Phys. Rev. Lett. 75 3969 (1995)
  19. Bradley C C et al. Phys. Rev. Lett. 75 1687 (1995)
  20. DeMarco B, Jin D S Science 285 1703 (1999)
  21. Truscott A G et al. Science 291 2570 (2001)
  22. Schreck F et al. Phys. Rev. Lett. 87 080403 (2001)
  23. Goldwin J et al. Phys. Rev. A 65 021402 (2001)
  24. Modugno G et al. Science 294 1320 (2001)
  25. Modugno G et al. Science 297 2240 (2002)
  26. Roati G et al. Phys. Rev. Lett. 89 150403 (2002)
  27. O'Hara K M et al. Science 298 2179 (2002)
  28. Stoof H T C et al. Phys. Rev. Lett. 76 10 (1996)
  29. Chen Q et al. Phys. Rep. 412 1 (2005)
  30. Giorgini S, Pitaevskii L P, Stringari S Rev. Mod. Phys. 80 1215 (2008)
  31. Ketterle W, Zwierlein M W Riv. Nuovo Cimento 31 247 (2008)
  32. Raman C et al. Phys. Rev. Lett. 84 2502 (1999)
  33. Onofrio R et al. Phys. Rev. Lett. 85 2228 (2000)
  34. McKay D C, DeMarco B Rep. Prog. Phys. 74 054401 (2011)
  35. Cooper L N Phys. Rev. 104 1189 (1956)
  36. Bardeen J, Cooper L N, Schrieffer J R Phys. Rev. 106 162 (1957)
  37. Гинзбург В Л, Ландау Л Д ЖЭТФ 20 1064 (1950); Пер. на англ. яз., Ginzburg V L, Landau L D Landau L D. Collected Papers (Oxford: Pergamon Press, 1965) p. 546
  38. Горьков Л П ЖЭТФ 36 1918 (1959); Gor'kov L P Sov. Phys. JETP 9 1364 (1959)
  39. Chandrashekar B S Appl. Phys. Lett. 1 7 (1962)
  40. Clogston A M Phys. Rev. Lett. 9 266 (1962)
  41. Ларкин А И, Овчинников Ю Н ЖЭТФ 47 1136 (1964); Larkin A I, Ovchinnikov Yu N Sov. Phys. JETP 20 762 (1965)
  42. Fulde P, Ferrel R A Phys. Rev. 135 A550 (1964)
  43. Sarma G J. Phys. Chem. Solids 24 1029 (1963)
  44. Wu S-T, Yip S-K Phys. Rev. A 67 053603 (2003)
  45. Pao C-H, Wu S-T, Yip S-K Phys. Rev. B 73 132506 (2006)
  46. Müther H, Sedrakian A Phys. Rev. Lett. 88 252503 (2002)
  47. Sedrakian A et al. Phys. Rev. A 72 013613 (2005)
  48. Sedrakian A, Müther H, Polls A Phys. Rev. Lett. 97 140404 (2006)
  49. Liu W V, Wilczek F Phys. Rev. Lett. 90 047002 (2003)
  50. Gloos K et al. Phys. Rev. Lett. 70 501 (1993)
  51. Radovan H A et al. Nature 425 51 (2003)
  52. Kakuyanagi K et al. Phys. Rev. Lett. 94 047602 (2005)
  53. Dupuis N Phys. Rev. B 51 9074 (1995)
  54. Zwierlein M et al. Science 311 492 (2006)
  55. Partridge G B et al. Science 311 503 (2006)
  56. Liao Y-A et al. Nature 467 567 (2010)
  57. Matsuo S et al. J. Phys. Soc. Jpn. 67 280 (1998)
  58. Горьков Л П, Мелик-Бархударов Т К ЖЭТФ 40 1452 (1961); Gor'kov L P, Melik-Barkhudarov T K Sov. Phys. JETP 13 1018 (1961)
  59. Liu X-J, Hu H, Drummond P D Phys. Rev. A 76 043605 (2007)
  60. Yanase Y Phys. Rev. B 80 220510(R) (2009)
  61. Crescimanno M, Kaoy C G, Peterson R Phys. Rev. A 61 053602 (2000)
  62. Holland M J, DeMarco B, Jin D S Phys. Rev. A 61 053610 (2000)
  63. Baranov M A Phys. Rep. 464 71 (2008)
  64. Martin A M et al. arXiv:1606.07107
  65. Lu M, Burdick N Q, Lev B L Phys. Rev. Lett. 108 215301 (2012)
  66. Burdick N Q et al. Phys. Rev. Lett. 114 023201 (2015)
  67. Burdick N Q, Tang Y, Lev B L Phys. Rev. X 6 031022 (2016); Burdick N Q, Tang Y, Lev B L arXiv:1605.03211
  68. Aikawa K et al. Phys. Rev. Lett. 112 010404 (2014)
  69. Aikawa K et al. Phys. Rev. Lett. 113 263201 (2014)
  70. Pasquiou B et al. Phys. Rev. A 81 042716 (2010)
  71. Houbiers M et al. Phys. Rev. A 56 4864 (1997)
  72. Granade S R et al. Phys. Rev. Lett. 88 120405 (2002)
  73. Jochim S et al. Science 302 2101 (2003)
  74. Fuchs J et al. J. Phys. B 40 4109 (2007)
  75. Мартьянов К А, Махалов В Б, Турлапов А В ЖЭТФ 91 401 (2010); Martiyanov K A, Makhalov V B, Turlapov A V JETP Lett. 91 369 (2010)
  76. Martiyanov K, Makhalov V, Turlapov A Phys. Rev. Lett. 105 030404 (2010)
  77. Frölich B et al. Phys. Rev. Lett. 106 105301 (2011)
  78. Ottenstein T B et al. Phys. Rev. Lett. 101 203202 (2008)
  79. Huckans J H et al. Phys. Rev. Lett. 102 165302 (2009)
  80. Inada Y et al. Phys. Rev. Lett. 101 100401 (2008)
  81. DeSalvo B J et al. Phys. Rev. Lett. 105 030402 (2010)
  82. Myatt C J et al. Phys. Rev. Lett. 78 586 (1997)
  83. Mølmer K Phys. Rev. Lett. 80 1804 (1998)
  84. Schreck F et al. Phys. Rev. A 64 011402(R) (2001)
  85. Van Abeleen F A, Verhaar B J, Moerdijk A J Phys. Rev. A 55 4377 (1997)
  86. Combescot R Phys. Rev. Lett. 83 3766 (1999)
  87. Ferrier-Barbut I et al. Science 345 1035 (2014)
  88. Delehaye M et al. Phys. Rev. Lett. 115 265303 (2015)
  89. Hadzibabic Z et al. Phys. Rev. Lett. 88 160401 (2002)
  90. Hadzibabic Z et al. Phys. Rev. Lett. 91 160401 (2003)
  91. Zwierlein M W et al. Nature 435 1047 (2005)
  92. Goldwin J et al. Phys. Rev. A 70 021601(R) (2004)
  93. Ospelkaus C et al. Phys. Rev. Lett. 96 020401 (2006)
  94. Modugno G et al. Phys. Rev. A 68 011601 (2003)
  95. Köhl M et al. Phys. Rev. Lett. 94 08403 (2005)
  96. Aubin S et al. Nature Phys. 2 384 (2006)
  97. Ni K-K et al. Science 322 231 (2008)
  98. Wang P et al. Phys. Rev. Lett. 106 210401 (2011)
  99. Timmermans E Phys. Rev. Lett. 87 240403 (2001)
  100. Cotè R, Onofrio R, Timmermans E Phys. Rev. A 72 041605(R) (2005)
  101. Silber C et al. Phys. Rev. Lett. 95 170408 (2005)
  102. Deh B et al. Phys. Rev. A 77 010701(R) (2008)
  103. Li Z et al. Phys. Rev. A 78 022710 (2008)
  104. Deh B et al. Phys. Rev. A 82 020701(R) (2010)
  105. Brown-Hayes M, Kim W-J, Wei Q, Onofrio R Laser Phys. 17 514 (2007)
  106. Ladouceur K et al. J. Opt. Soc. Am. B 26 201 (2009)
  107. Marti G E et al. Phys. Rev. A 81 043424 (2010)
  108. McNamara J M et al. Phys. Rev. Lett. 97 080404 (2006)
  109. Jeltes T et al. Nature 445 402 (2007)
  110. Vassen W et al. Rev. Mod. Phys. 84 175 (2012)
  111. Honda K et al. Phys. Rev. A 66 021401(R) (2002)
  112. Takasu Y et al. Laser Phys. 16 713 (2006)
  113. Fukuhara T et al. Phys. Rev. Lett. 98 030401 (2007)
  114. Fukuhara T et al. J. Low Temp. Phys. 148 148 (2007)
  115. Fukuhara T et al. Phys. Rev. A 79 021601(R) (2009)
  116. Fukuhara T, Tsujimoto T, Takahashi Y Appl. Phys. B 96 271 (2009)
  117. Tey M K et al. Phys. Rev. A 82 011608(R) (2010)
  118. Hara H et al. Phys. Rev. Lett. 106 205304 (2011)
  119. Hansen A H et al. Phys. Rev. A 84 011606(R) (2011)
  120. Hansen A H et al. Phys. Rev. A 87 013615 (2013)
  121. Tassy S et al. J. Phys. B 43 205309 (2010)
  122. Baumer F et al. Phys. Rev. A 83 040702(R) (2011)
  123. Vaidya V D et al. Phys. Rev. A 92 043604 (2015)
  124. Park J W et al. Phys. Rev. A 85 051602(R) (2012)
  125. Yao X-C et al. Phys. Rev. Lett. 117 145301 (2016); Yao X-C et al. arXiv:1606.01717
  126. Casalbuoni R, Nardulli G Rev. Mod. Phys 76 263 (2004)
  127. Huang L et al. Nature Phys. 12 540 (2016)
  128. Geist W, You L, Kennedy T A B Phys. Rev. A 59 1500 (1999)
  129. Viverit L et al. Phys. Rev. A 63 033603 (2001)
  130. Stamper-Kurn D M et al. Phys. Rev. Lett. 80 2027 (1998)
  131. Wouters M, Tempere J, Devreese J T Phys. Rev. A 66 043414 (2002)
  132. Idziasek Z, Santos L, Lewenstein M Europhys. Lett. 70 572 (2005)
  133. Carr L D, Bourdel T, Castin Y Phys. Rev. A 69 033603 (2004)
  134. Carr L D, Castin Y Phys. Rev. A 69 043611 (2004)
  135. Onofrio R, Presilla C Phys. Rev. Lett. 89 100401 (2002)
  136. Brown-Hayes M, Onofrio R Phys. Rev. A 70 063614 (2004)
  137. Timmermans E, Cotè R Phys. Rev. Lett. 80 3419 (1998)
  138. Presilla C, Onofrio R Phys. Rev. Lett. 90 030404 (2003)
  139. Ashkin A, Gordon J P Opt. Lett. 4 161 (1979)
  140. Onofrio R, Presilla C J. Stat. Phys. 115 57 (2004)
  141. Brown-Hayes M, Wei Q, Presilla C, Onofrio R Phys. Rev. A 78 013617 (2008)
  142. Leanhardt A E et al. Science 301 1513 (2003)
  143. Ketterle W, Pritchard D E Phys. Rev. A 46 4051 (1992)
  144. Chen X et al. Phys. Rev. Lett. 104 063002 (2010)
  145. Torrontegui E et al. Adv. At. Mol. Opt. Phys. 62 117 (2013)
  146. Schaff J-F et al. Phys. Rev. A 82 033430 (2010)
  147. Schaff J-F et al. Europhys. Lett. 93 23001 (2011)
  148. Schaff J-F et al. New J. Phys. 13 113017 (2011)
  149. Torrontegui E et al. Phys. Rev. A 83 013415 (2011)
  150. Lewis H R Phys. Rev. Lett. 18 510 (1967)
  151. Lewis H R, Riesenfeld W B J. Math. Phys. 10 1458 (1969)
  152. Ермаков В П Унив. изв. Киев (20) 1 (1880)
  153. Choi S, Onofrio R, Sundaram B Phys. Rev. A 84 051601(R) (2011)
  154. Castin Y, Dum R Phys. Rev. Lett. 77 5315 (1996)
  155. Catani J et al. Phys. Rev. Lett. 103 140401 (2009)
  156. LeBlanc L J, Thywissen J H Phys. Rev. A 75 053612 (2007)
  157. Rehr J J, Mermin N D Phys. Rev. B 1 3160 (1970)
  158. Bagnato V, Kleppner D Phys. Rev. A 44 7439 (1991)
  159. Ketterle W, van Druten N J Phys. Rev. A 54 656 (1996)
  160. Moritz H et al. Phys. Rev. Lett. 94 210401 (2005)
  161. Schönhammer K Am. J. Phys. 68 1032 (2000)
  162. Mullin W J, Fernandez J P Am. J. Phys. 71 661 (2003)
  163. Pinkse P W H et al. Phys. Rev. A 57 4747 (1998)
  164. Surkov E L, Walraven J T M, Shlyapnikov G V Phys. Rev. A 53 3403 (1996)
  165. Görlitz A et al. Phys. Rev. Lett. 87 130402 (2001)
  166. Greiner M et al. Phys. Rev. Lett. 87 160405 (2001)
  167. Moritz H et al. Phys. Rev. Lett. 91 250402 (2003)
  168. Mur-Petit J et al. Phys. Rev. A 69 023606 (2004)
  169. Samokhvalov A V, Mel'nikov A S, Buzdin A I Phys. Rev. B 82 174514 (2010)
  170. Dalmonte M et al. Phys. Rev. B 85 063608 (2012)
  171. Duarte P M et al. Phys. Rev. A 84 061406(R) (2011)
  172. McKay D C et al. Phys. Rev. A 84 063420 (2011)
  173. Sebastian J et al. Phys. Rev. A 90 033417 (2014)
  174. Rio Fernandes D et al. Europhys. Lett. 100 63001 (2012)
  175. Burchianti A et al. Phys. Rev. A 90 043408 (2014)
  176. Helmerson K, Xiao M, Pritchard D Intern. Quantum Electronics Conf., 1990, Book of Abstracts, OSA Technical Digest (Washington DC: Optical Society of America, 1990), paper QTHH4
  177. Imamoglu A, You L Phys. Rev. A 50 2642 (1994)
  178. Javanainen J, Roustekoski J Phys. Rev. A 52 3033 (1995)
  179. Busch Th et al. Europhys. Lett. 44 1 (1998)
  180. Görlitz A, Chikkatur A P, Ketterle W Phys. Rev. B 63 041601(R) (2001)
  181. Shive B, Thywissen J H J. Phys. B 43 015301 (2010)
  182. Idziaszek Z, Santos L, Lewenstein M Phys. Rev. B 64 051402(R) (2001)
  183. Idziaszek Z et al. Phys. Rev. A 67 041403(R) (2003)
  184. Idziaszek Z et al. J. Opt. B 5 S190 (2003)
  185. Dziarmaga J, Lewenstein M Phys. Rev. Lett. 94 090403 (2005)
  186. Dziarmaga J, Lewenstein M Phys. Rev. A 72 033606 (2005)
  187. Onofrio R Phys. Rev. A 93 033414 (2016)
  188. Gross Ch, Gan H C J, Dieckmann K Phys. Rev. A 93 053424 (2016)
  189. Hofstetter W et al. Phys. Rev. Lett. 89 220407 (2002)
  190. Albus A, Illuminati F, Eisert J Phys. Rev. A 68 023606 (2003)
  191. Bloch I, Dalibard J, Zwerger W Rev. Mod. Phys. 80 885 (2008)
  192. Lewenstein M, Sanpera A, Ahufiniger V Ultracold Atoms in Optical Lattices (Oxford: Oxford Univ. Press, 2012)
  193. Lloyd S Phys. Rev. Lett. 75 346 (1995)
  194. Harel G, Akulin V M Phys. Rev. Lett. 82 1 (1999)
  195. Brion E, Comparat D, Harel G Eur. Phys. J. D 38 381 (2006)
  196. Liu X et al. Phys. Rev. A 83 063402 (2011)
  197. Yuce C Phys. Lett. A 376 1717 (2012)
  198. Masuda S, Nakamura K, del Campo A Phys. Rev. Lett. 113 063003 (2014)
  199. Masuda S, Nakamura K Phys. Rev. A 78 062108 (2008)
  200. Masuda S, Nakamura K Proc. R. Soc. London A 466 1135 (2010)
  201. Masuda S, Nakamura K Phys. Rev. A 84 043434 (2011)
  202. Onofrio R et al. Phys. Rev. Lett. 84 810 (2000)
  203. Milner V et al. Phys. Rev. Lett. 86 1514 (2001)
  204. Friedman N et al. Phys. Rev. Lett. 86 1518 (2001)
  205. Henderson K et al. New J. Phys. 11 043030 (2009)
  206. Dolfi M et al. Phys. Rev. A 91 033407 (2015)
  207. Mathy C J M, Huse D A, Hulet R G Phys. Rev. A 86 023606 (2012)
  208. Paiwa T et al. Phys. Rev. Lett. 115 240402 (2015)
  209. Wolf S, Olivier S J, Weiss D S Phys. Rev. Lett. 85 4249 (2000)
  210. Sandner R M et al. Phys. Rev. A 84 043825 (2011)
  211. Omran A et al. Phys. Rev. Lett. 115 263001 (2015)
  212. Köhl M Phys. Rev. A 73 031601(R) (2006)
  213. Weld D M et al. Phys. Rev. Lett. 103 245301 (2009)
  214. Weld D M et al. Phys. Rev. A 82 051603(R) (2010)
  215. Zhou Q, Ho T-L Phys. Rev. Lett. 106 225301 (2011)
  216. Bernier J-S et al. Phys. Rev. A 81 063618 (2010)
  217. Ruostekoski J, Foot C J, Deb A B Phys. Rev. Lett. 103 170404 (2009)
  218. McDonald M et al. Phys. Rev. Lett. 114 043624 (2015)
  219. Roscilde T Phys. Rev. Lett. 112 110403 (2014)
  220. Loida K, Sheikhan A, Kollath C Phys. Rev. A 92 043624 (2015)
  221. Greiner M et al. Nature 415 39 (2002)
  222. Jördens R et al. Nature 455 204 (2008)
  223. Schneider U et al. Science 322 1520 (2008)
  224. Albiez M et al. Phys. Rev. Lett. 95 010402 (2005)
  225. Ramanathan A et al. Phys. Rev. Lett. 106 130401 (2011)
  226. Moulder S et al. Phys. Rev. A 86 013629 (2012)
  227. Ryu C et al. Phys. Rev. Lett. 111 205301 (2013)
  228. Edward Marti G, Olf R, Stamper-Kurn D M Phys. Rev. A 91 013602 (2015)
  229. Бармашова Т В и др. УФН 186 183 (2016); Barmashova T V et al. Phys. Usp. 59 174 (2016)
  230. Брагинский В Б ЖЭТФ 53 1434 (1967); Braginsky V B Sov. Phys. JETP 26 831 (1968)
  231. Брагинский В Б, Воронцов Ю И УФН 114 41 (1974); Braginskii V B, Vorontsov Yu I Sov. Phys. Usp. 17 644 (1975)
  232. Braginsky V B, Khalili F Ya Rev. Mod. Phys. 68 1 (1996)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение