Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相變*

尤冰凌 劉雪瑩 成書杰 王晨 高先龍

(浙江師范大學物理系, 金華 321004)

采用平均場近似的方法, 分別研究了Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相變: Mott絕緣體相-超流體相量子相變, 探索了光的聚束-反聚束行為, 研究了Kerr非線性作用對量子相變與光子統計特征的影響.研究結果表明, 在Rabi晶格模型中二能級原子和光子相互作用強度g和格點之間光子躍遷強度J的增大會使晶格體系從Mott絕緣體相向超流體相轉變, 同時, 光子統計行為由聚束轉變為反聚束, 而Kerr非線性強度的增大抑制了Mott絕緣體相-超流體相相變, 但促進了光子聚束與反聚束之間的轉變.

1 引 言

光與物質之間的作用是自然界中最基本的相互作用過程之一, 是理解多種物理現象的基礎.Jaynes-Cummings (JC)模型和Rabi模型是描述二能級系統與光場相互作用的核心模型.隨著科技的發展, 人們對原子和固態系統與光相互作用的控制水平不斷提高, 在光晶格系統上實現了一系列新的量子物質的多體效應[1?12].在這些系統中, 光和物質之間的相互作用有著非常重要的作用, 例如由單模的電磁諧振器和二能級系統相互作用形成的基本腔量子電動力學系統.原子與光子之間的耦合會導致有效的非線性光子-光子排斥.Birnbaum等[13]研究表明這種光子排斥會阻止一個以上的光子進入空腔.光子阻塞效應[14?16]與腔內光子隧穿之間的相互作用導致腔量子電動力學系統耦合形成晶格, 形成大型的Bose-Hubbard模型[17].最近, 有研究者提出了……