光晶格超冷原子中的激子与腔极化激元

均匀填充光晶格的超冷原子可被视为一种人造晶体。包含单一激发态原子占据的实现可以用二分量 Bose-Hubbard 模型表示。其相图展示了从超流相到 Mott 绝缘体相的量子相变。在有序区域中，由静电偶极-偶极相互作用支配的电子激发动力学可以很好地用称为激子的波动型集体激发来描述。本文对多种几何构型和维度下的此类激子进行了广泛研究。它们的寿命可以从亚稳态传播到超辐射衰变，跨越多个数量级。在一维原子链与锥形光纤耦合的情况下，效应尤为显著。对于腔内的光晶格，激子与腔光子耦合，由此产生的集体腔量子电动力学模型可以有效地用极化激元来表述。针对不同晶格，我们显式计算了极化激元的性质，它们构成了一种对重要系统性质的非破坏性监测工具。甚至光晶格中分子的形成也会通过改变极化激元性质（例如各向异性光谱）表现出来。晶格中激子能量的部分耗散会导致加热，这可以通过一种微观机制来理解：该机制通过相邻格点间的共振激发转移将原子转移到更高的 Bloch 带。Mott 绝缘体中空位等晶格缺陷的存在会引起极化激元的特征散射，可通过光学方法观测以监测晶格的完整性。我们的模型可用于模拟和理解固体晶体中相应的集体现象，在这些固体晶体中，许多效应常被噪声和无序所掩盖。