Резонанси Фешбаха у слабкому полі та тричастинкові втрати у ферміонному квантовому газі із 161Dy

Автор(и)

  • E. Soave Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck
  • V. Corre Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Present address: Safran Reosc
  • C. Ravensbergen Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Present address: ColdQuanta, Oxford Centre for Innovation
  • J.H. Han Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Present address: Korea Research Institute of Standards and Science
  • M. Kreyer Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck
  • E. Kirilov Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences
  • R. Grimm Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences https://orcid.org/0000-0003-1085-5558

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe67.5.334

Ключові слова:

ультрахолоднi фермi-гази, резонанси Фешбаха, тричастинкова рекомбiнацiя

Анотація

За допомогою спектроскопiї Фешбаха з високою роздiльною здатнiстю дослiджено вироджений поляризований за спiном фермi-газ iз атомiв 161Dy та вимiряно втрати на тричастинкову рекомбiнацiю в слабких магнiтних полях. Для поля бiля 1 Гс знайдено 44 резонанснi особливостi. Також спостерiгаються плато з дуже низькими втратами. Для чотирьох типових резонансiв вивчено залежнiсть коефiцiєнта швидкостi тричастинкової рекомбiнацiї вiд розладування резонанса змiною магнiтного поля i вiд температури. Спостерiгалося значне зменшення втрат зi зменшенням температури вже при малих вiдхиленнях вiд резонансу. Опис складної поведiнки тричастинкових втрат в фермiонному 161Dy є важливим для його подальшого використання в дослiдженнях атомних квантових газiв.

Біографія автора

V. Corre, Institute of Experimental Physics, University of Innsbruck, Present address: Safran Reosc

Present address: Safran Reosc, Sain-Pierre-du-Perray 91280, France

Посилання

L. Chomaz, I. Ferrier-Barbut, F. Ferlaino, B. LaburtheTolra, B.L. Lev, T. Pfau. Dipolar physics: A review of experiments with magnetic quantum gases. Preprint arXiv:2201.02672 (2022).

C. Chin, R. Grimm, P. Julienne, E. Tiesinga. Feshbach resonances in ultracold gases. Rev. Mod. Phys. 82, 1225 (2010).

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.1225

H. Kadau, M. Schmitt, M. Wenzel, C. Wink, T. Maier, I. Ferrier-Barbut, T. Pfau. Observing the Rosensweig instability of a quantum ferrofluid. Nature 530, 194 (2016).

https://doi.org/10.1038/nature16485

L. Tanzi, E. Lucioni, F. Fam'a, J. Catani, A. Fioretti, C. Gabbanini, R.N. Bisset, L. Santos, G. Modugno. Observation of a dipolar quantum gas with metastable supersolid properties. Phys. Rev. Lett. 122, 130405 (2019).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.130405

F. B¨ottcher, J.-N. Schmidt, M. Wenzel, J. Hertkorn, M. Guo, T. Langen, T. Pfau. Transient supersolid properties in an array of dipolar quantum droplets. Phys. Rev. X 9, 011051 (2019).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.011051

L. Chomaz, D. Petter, P. Ilzh¨ofer, G. Natale, A. Trautmann, C. Politi, G. Durastante, R.M.W. van Bijnen, A. Patscheider, M. Sohmen, et al. Long-lived and transient supersolid behaviors in dipolar quantum gases. Phys. Rev. X 9, 021012 (2019).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.021012

A. Trautmann, P. Ilzh¨ofer, G. Durastante, C. Politi, M. Sohmen, M.J. Mark, F. Ferlaino. Dipolar quantum mixtures of erbium and dysprosium atoms. Phys. Rev. Lett. 121, 213601 (2018).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.213601

C. Politi, A. Trautmann, P. Ilzh¨ofer, G. Durastante, M.J. Mark, M. Modugno, F. Ferlaino. Interspecies interactions in an ultracold dipolar mixture. Phys. Rev. A 105, 023304 (2022).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.023304

C. Ravensbergen, V. Corre, E. Soave, M. Kreyer, E. Kirilov, R. Grimm. Production of a degenerate Fermi-Fermi mixture of dysprosium and potassium atoms. Phys. Rev. A 98, 063624 (2018).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.98.063624

C. Ravensbergen, E. Soave, V. Corre, M. Kreyer, B. Huang, E. Kirilov, R. Grimm. Resonantly interacting Fermi-Fermi mixture of 161Dy and 40 K. Phys. Rev. Lett. 124, 203402 (2020).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.203402

A. Frisch, M. Mark, K. Aikawa, F. Ferlaino, J.L. Bohn, C. Makrides, A. Petrov, S. Kotochigova. Quantum chaos in ultracold collisions of gas-phase erbium atoms. Nature 507, 475 (2014).

https://doi.org/10.1038/nature13137

K. Baumann, N.Q. Burdick, M. Lu, B.L. Lev. Observation of low-field Fano-Feshbach resonances in ultracold gases of dysprosium. Phys. Rev. A 89, 020701(R) (2014).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.89.020701

N.Q. Burdick, Y. Tang, B.L. Lev. Long-lived spin-orbitcoupled degenerate dipolar Fermi gas. Phys. Rev. X 6, 031022 (2016).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.031022

T. Maier, H. Kadau, M. Schmitt, M. Wenzel, I. Ferrier-Barbut, T. Pfau, A. Frisch, S. Baier, K. Aikawa, L. Chomaz, et al. Emergence of chaotic scattering in ultracold Er and Dy. Phys. Rev. X 5, 041029 (2015).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041029

A. Petrov, E. Tiesinga, S. Kotochigova. Anisotropy induced Feshbach resonances in a quantum dipolar gas of highly magnetic atoms. Phys. Rev. Lett. 109, 103002 (2012).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.103002

S. Kotochigova. Controlling interactions between highly magnetic atoms with Feshbach resonances. Rep. Prog. Phys. 77, 093901 (2014).

https://doi.org/10.1088/0034-4885/77/9/093901

K. Gubbels, H. Stoof. Imbalanced Fermi gases at unitarity. Phys. Rep. 525, 255 (2013).

https://doi.org/10.1016/j.physrep.2012.11.004

J. Wang, Y. Che, L. Zhang, Q. Chen. Enhancement effect of mass imbalance on Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov type of pairing in Fermi-Fermi mixtures of ultracold quantum gases. Sci. Rep. 7, 39783 (2017).

https://doi.org/10.1038/srep39783

M. Pini, P. Pieri, R. Grimm, G.C. Strinati. Beyond-meanfield description of a trapped unitary Fermi gas with mass and population imbalance. Phys. Rev. A 103, 023314 (2021).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.103.023314

C.A. Regal, C. Ticknor, J.L. Bohn, D.S. Jin. Tuning pwave interactions in an ultracold Fermi gas of atoms. Phys. Rev. Lett. 90, 053201 (2003).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.230404

J. Zhang, E.G.M. van Kempen, T. Bourdel, L. Khaykovich, J. Cubizolles, F. Chevy, M. Teichmann, L. Tarruell, S.J.J.M.F. Kokkelmans, C. Salomon. P-wave Feshbach resonances of ultracold 6Li. Phys. Rev. A 70, 030702 (2004).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.70.030702

C. H. Schunck, M.W. Zwierlein, C.A. Stan, S.M.F. Raupach, W. Ketterle, A. Simoni, E. Tiesinga, C.J. Williams, P.S. Julienne. Feshbach resonances in fermionic 6Li. Phys. Rev. A 71, 045601 (2005).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.71.045601

H. Suno, B.D. Esry, C.H. Greene. Recombination of three ultracold fermionic atoms. Phys. Rev. Lett. 90, 053202 (2003).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.053202

F. Chevy, E.G.M. van Kempen, T. Bourdel, J. Zhang, L. Khaykovich, M. Teichmann, L. Tarruell, S.J.J.M.F. Kokkelmans, C. Salomon. Resonant scattering properties close to a p-wave Feshbach resonance. Phys. Rev. A 71, 062710 (2005).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.71.062710

J. Yoshida, T. Saito, M. Waseem, K. Hattori, T. Mukaiyama. Scaling law for three-body collisions of identical fermions with p-wave interactions. Phys. Rev. Lett. 120, 133401 (2018).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.133401

M. Waseem, J. Yoshida, T. Saito, T. Mukaiyama. Unitarity-limited behavior of three-body collisions in a p-wave interacting Fermi gas. Phys. Rev. A 98, 020702 (2018).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.98.020702

T. Maier, H. Kadau, M. Schmitt, A. Griesmaier, T. Pfau. Narrow-line magneto-optical trap for dysprosium atoms. Opt. Lett. 39, 3138 (2014).

https://doi.org/10.1364/OL.39.003138

D. Dreon, L. Sidorenkov, C. Bouazza, W. Maineult, J. Dalibard, S. Nascimbene. Optical cooling and trapping highly magnetic atoms: The benefits of a spontaneous spin polarization. J. Phys. B 50, 065005 (2017).

https://doi.org/10.1088/1361-6455/aa5db5

M. Lu, N.Q. Burdick, B.L. Lev. Quantum degenerate dipolar Fermi gas. Phys. Rev. Lett. 108, 215301 (2012).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.215301

V.A. Khlebnikov, D.A. Pershin, V.V. Tsyganok, E.T. Davletov, I.S. Cojocaru, E.S. Fedorova, A.A. Buchachenko, A.V. Akimov. Random to chaotic statistic transformation in low-field Fano-Feshbach resonances of cold thulium atoms. Phys. Rev. Lett. 123, 213402 (2019).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.213402

B.D. Esry, C.H. Greene, H. Suno. Threshold laws for threebody recombination. Phys. Rev. A 65, 010705 (2001).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.65.010705

E.A. Burt, R.W. Ghrist, C.J. Myatt, M.J. Holland, E.A. Cornell, C.E. Wieman. Coherence, correlations, and collisions: What one learns about Bose-Einstein condensates from their decay. Phys. Rev. Lett. 79, 337 (1997).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.337

J. S¨oding, D. Gu'ery-Odelin, P. Desbiolles, F. Chevy, H. Inamori, J. Dalibard. Three-body decay of a rubidium Bose-Einstein condensate. Appl. Phys. B 69 (1999).

https://doi.org/10.1007/s003400050805

J.L. Bohn, M. Cavagnero, C. Ticknor. Quasi-universal dipolar scattering in cold and ultracold gases. New J. Phys. 11, 055039 (2009).

https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/5/055039

K. Aikawa, A. Frisch, M. Mark, S. Baier, R. Grimm, F. Ferlaino. Reaching Fermi degeneracy via universal dipolar scattering. Phys. Rev. Lett. 112, 010404 (2014).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.010404

A. Green, H. Li, J.H. See Toh, X. Tang, K.C. McCormick, M. Li, E. Tiesinga, S. Kotochigova, S. Gupta. Feshbach resonances in p-wave three-body recombination within FermiFermi mixtures of open-shell 6Li and closed-shell 173Yb atoms. Phys. Rev. X 10, 031037 (2020).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031037

C. Ticknor, C.A. Regal, D.S. Jin, J.L. Bohn. Multiplet structure of Feshbach resonances in nonzero partial waves. Phys. Rev. A 69, 042712 (2004).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.69.042712

T. Nakasuji, J. Yoshida, T. Mukaiyama. Experimental determination of p-wave scattering parameters in ultracold 6Li atoms. Phys. Rev. A 88, 012710 (2013).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.88.012710

J. Li, J. Liu, L. Luo, B. Gao. Three-body recombination near a narrow Feshbach resonance in 6Li. Phys. Rev. Lett. 120, 193402 (2018)

40. B. DeMarco. Quantum Behavior of an Atomic Fermi Gas. Ph.D. thesis (University of Colorado, 2001).

B.S. Rem, A.T. Grier, I. Ferrier-Barbut, U. Eismann, T. Langen, N. Navon, L. Khaykovich, F. Werner, D.S. Petrov, F. Chevy, et al. Lifetime of the Bose gas with resonant interactions. Phys. Rev. Lett. 110, 163202 (2013).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.163202

R.J. Fletcher, A.L. Gaunt, N. Navon, R.P. Smith, Z. Hadzibabic. Stability of a unitary Bose gas. Phys. Rev. Lett. 111, 125303 (2013).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.125303

T. Maier, I. Ferrier-Barbut, H. Kadau, M. Schmitt, M. Wenzel, C. Wink, T. Pfau, K. Jachymski, P.S. Julienne. Broad universal Feshbach resonances in the chaotic spectrum of dysprosium atoms. Phys. Rev. A 92, 060702 (2015).

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.060702

U. Eismann, L. Khaykovich, S. Laurent, I. Ferrier-Barbut, B.S. Rem, A.T. Grier, M. Delehaye, F. Chevy, C. Salomon, L.-C. Ha. Universal loss dynamics in a unitary Bose gas. Phys. Rev. X 6, 021025 (2016).

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.021025

M. Schmidt, H.-W. Hammer, L. Platter. Three-body losses of a polarized Fermi gas near a p-wave Feshbach resonance

in effective field theory. Phys. Rev. A 101, 062702 (2020).

T. Weber, J. Herbig, M. Mark, H.-C. N¨agerl, R. Grimm. Three-body recombination at large scattering lengths in an ultracold atomic gas. Phys. Rev. Lett. 91, 123201 (2003).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.123201

E. Timmermans. Degenerate Fermion gas heating by hole creation. Phys. Rev. Lett. 87, 240403 (2001).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.240403

T. Weber, J. Herbig, M. Mark, H.-C. N¨agerl, R. Grimm. Bose-Einstein condensation of cesium. Science 299, 232 (2003).

https://doi.org/10.1126/science.1079699

Downloads

Опубліковано

2022-08-29

Як цитувати

Soave, E., Corre, V., Ravensbergen, C., Han, J., Kreyer, M., Kirilov, E., & Grimm, R. (2022). Резонанси Фешбаха у слабкому полі та тричастинкові втрати у ферміонному квантовому газі із 161Dy. Український фізичний журнал, 67(5), 334. https://doi.org/10.15407/ujpe67.5.334

Номер

Том 67 № 5 (2022)

Розділ

Оптика, атоми і молекули

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC