反铁磁自旋-1 BEC 中自旋与质量超流性的相互作用及双环流涡旋

本文研究了反铁磁自旋-1 BEC 中自旋超流性与质量超流性的共存与相互作用。流体动力学理论用类似于双子格反铁磁绝缘体的 Landau--Lifshitz--Gilbert 理论的方程来描述自旋自由度。自旋空间中的变量是绝对值为 $\hbar/2$ 的两个亚自旋，它们扮演着反铁磁绝缘体中两个子格自旋的角色。与双子格反铁磁绝缘体一样，反铁磁自旋-1 BEC 中存在两种自旋波模式，一种是无能隙的 Goldstone 模式，另一种是有能隙的。Landau 判据表明，在小总自旋极限下（两个亚自旋近乎反平行），超流的失稳始于有能隙模式。在大总自旋的相反极限下（两个亚自旋近乎平行），无能隙模式比有能隙模式更早失稳。当涡旋穿过超流的流线时，质量超流与自旋超流通过相位滑移衰减。参与相位滑移的涡旋是非奇异的双环流涡旋。它们由两个拓扑荷表征，即描述绕涡旋轴两个角度环流的环绕数。环绕数可以是半整数。半整数涡旋的一个具体例子是具有超流速度环流 $h/2m$ 的半量子涡旋。但超流速度环流并非拓扑荷，且通常该环流的量子数可以从 0 连续调节至 $h/2m$。