Making a spin-difference in quantum gases

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Törmä, Päivi, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.contributor.author Heikkinen, Miikka
dc.date.accessioned 2014-06-17T09:00:11Z
dc.date.available 2014-06-17T09:00:11Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5709-5 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5708-8 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13358
dc.description.abstract This thesis studies the theory of quantum gases. We focus on fermionic superfluidity in systems in which the control over the spin degree of freedom has a central role. We explain the microscopic origin of the spin-asymmetric Josephon effect, and propose methods for realizing this effect experimentally in quantum gases. We investigate the phenomenon of fermionic superfluidity in the presence of spin-polarization, with our main focus on the Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) phase. We show that the FFLO pairing mechanism leads to an anisotropic speed of sound which can be used to identify the state in experiments. Using real-space dynamical mean field theory (DMFT), we compute the phase diagram of a trapped, spin-polarized Fermi gas in a dimensional crossover from a 1D to a 3D optical lattice. We find that the FFLO state is realized in a broad region of parameters throughout the crossover while the shell structure of the Fermi gas preceding the transition to the full FFLO state shows a strong dependence on the dimensionality. Finally, we utilize the cluster DMFT method to show that the FFLO state is stable against non-local quantum fluctuations even though these fluctuations do affect the critical temperature of the state. en
dc.description.abstract Tässä väitöskirjassa käsitellään kvanttikaasujen teoriaa painottuen systeemeihin, joissa spin-vapausasteen kontrolloinnilla on keskeinen sija. Työssä selitetään spin-asymmetrisen Josephsonin ilmiön mikroskooppinen syntymekanismi ja esitetään menetelmiä, joilla kyseistä ilmiötä voidaan tutkia kokeellisesti kvanttikaasujen avulla. Väitöskirjassa tutkitaan spin-polarisoituneitten fermionisysteemien suprajuoksevuutta erityisenä tarkastelun kohteena Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov -tila (FFLO). Työssä osoitetaan, että FFLO-tila voidaan tunnistaa sen pariutumismekanismista aiheutuvan epäisotrooppisen äänennopeuden perusteella. Työssä sovelletaan dynaamisen keskiarvotetun kentän teoriaa (DMFT) spin-polarisoituneen fermikaasun faasidiagrammin laskentaan harmonisen loukun ja eridimensioisten hilojen tapauksessa. Keskeisenä tuloksena on, että FFLO-tila on olemassa laajalla parametrialueella kvasiyksidimensioisista hiloista kolmidimensioisiin hiloihin, mutta FFLO tilan syntyä edeltävä fermikaasun rakenne riippuu vahvasti systeemin dimensionaalisuudesta. Tämän lisäksi työssä osoitetaan, että FFLO-tila on stabiili ei-lokaalien kvanttifluktuaatioden suhteen klusteri-DMFT-menetelmällä laskettetujen tulosten perusteella, vaikka nämä fluktuaatiot muuttavatkin FFLO-tilan kriittistä lämpötilaa. fi
dc.format.extent 90 + app. 45
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 78/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: M. O. J. Heikkinen, F. Massel, J. Kajala, M. J. Leskinen, G. S. Paraoanu, and P. Torma. Spin-Asymmetric Josephson Effect. Physical Review Letters, 105, 22, 225301, Nov 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.225301
dc.relation.haspart [Publication 2]: M. O. J. Heikkinen and P. Torma. Collective modes and the speed of sound in the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov state. Physical Review A, 83, 5, 053630, May 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.83.053630
dc.relation.haspart [Publication 3]: M. O. J. Heikkinen, D.-H. Kim and P. Torma. Finite temperature stability and dimensional crossover of exotic superfluidity in lattices. Physical Review B, 87, 22, 224513, June 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.87.224513
dc.relation.haspart [Publication 4]: J. M. Kreula, M. O. J. Heikkinen, F. Massel and P. Torma. Tunable critical supercurrent and spin-asymmetric Josephson effect in superlattices. Physical Review B, 89, 6, 064502, Feb 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.064502
dc.relation.haspart [Publication 5]: M. O. J. Heikkinen, D.-H. Kim, M. Troyer and P. Torma. Non-local quantum fluctuations and fermionic superfluidity in the attractive Hubbard model. Submitted to Physical Review Letters, 27 Feb 2014, arXiv:1402.6939.
dc.subject.other Physics en
dc.title Making a spin-difference in quantum gases en
dc.title Spin-asymmetria kvanttikaasuissa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword quantum gases en
dc.subject.keyword superfluidity en
dc.subject.keyword optical lattice en
dc.subject.keyword Hubbard model en
dc.subject.keyword Josephson effect en
dc.subject.keyword Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov phase en
dc.subject.keyword generalized random-phase approximation en
dc.subject.keyword dynamical mean-field theory en
dc.subject.keyword Kvanttikaasut fi
dc.subject.keyword suprajuoksevuus fi
dc.subject.keyword optinen hila fi
dc.subject.keyword Hubbardin malli fi
dc.subject.keyword Josephsonin ilmiö fi
dc.subject.keyword Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov -tila fi
dc.subject.keyword yleistetty satunnaisen vaiheen approksimaatio fi
dc.subject.keyword dynaamisen keskiarvostetun kentän teoria fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5709-5
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Törmä, Päivi, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.opn Zwerger, Wilhelm, Prof., Technische Universität München, Germany
dc.contributor.lab Quantum Dynamics en
dc.rev Cooper, Nigel, Prof., University of Cambridge, United Kingdom
dc.rev Hekking, Frank, Prof., Université Joseph Fourier, France
dc.date.defence 2014-06-27


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account