光学晶格中自旋轨道耦合原子的定向原子运动控制与二阶隧穿

我们从理论上探究了囚禁于受晶格抖动和时周期 Zeeman 场作用的光学晶格中单个自旋轨道耦合原子的紧束缚（TB）模型隧穿动力学。通过解析与数值方法，我们证明自旋轨道（SO）耦合在多多光子共振与远失谐两种参数区间均为隧穿动力学增添了一些新结果。当驱动频率与静态 Zeeman 场共振（多光子共振）时，我们获得了一种出乎意料的新型动力学局域化（DL）现象，其中单个 SO 耦合原子被限制于进行完美的双格点 Rabi 振荡并伴随自旋翻转。利用这一非寻常的 DL 现象，我们能够产生一种棘轮式效应，在 SO 耦合作用下实现朝向不同方向的定向原子运动并伴随周期性自旋翻转。对于远失谐情形，我们表明仅抑制通常的格点间隧穿，即可实现相邻次近邻格点间一种保持自旋的二阶隧穿，而这是在无 SO 耦合的传统晶格系统中无法实现的。我们还表明，通常的格点间隧穿与 SO 耦合相关的二阶隧穿的同时控制，是准能带平坦（坍缩）与完全冻结动力学得以存在的必要条件。这些结果可能与基于自旋的量子信息处理和新型自旋电子器件设计等潜在应用相关。