Pairing in three-component ultracold Fermi gases

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2010

Department

Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta

Major/Subject

Fysiikka (laskennallinen fysiikka)

Mcode

Tfy-105

Degree programme

Language

en

Pages

vii + 79

Series

Abstract

This master's thesis studies the competition and the coexistence of pairing modes in three-component ultracold Fermi gases. The system is considered to be in a homogeneous potential or in a spherically symmetric harmonic trap. In the homogeneous potential different treatments of chemical potentials lead to qualitatively different pairing schemes. In the harmonic trap, local density approximation gives the thermodynamical limit, but Bogoliubov-de Gennes method takes into account finite size effects. Both methods suggest that the coexistence of several pairing gaps only exists in a symmetric case at the thermodynamical limit. In addition, the population imbalances can lead to qualitatively different, possibly non-BCS pairing schemes. The radio-frequency(RF-) spectroscopy is an experimental method for measuring the pairing gap. The RF-spectra reveal the underlying pairing scheme in the three-component system. The coexistence of two pairing gaps can give rise to novel kind of superfluid current flowing between mutually non-paired components. This anomalous current possesses features similar to the Josephson effect, but the phenomenon is qualitatively different and new.

Tässä työssä tutkitaan kolmen komponentin välisiä pariutumismekanismeja ultrakylmissä Fermi-kaasuissa, erityisesti useamman pariutumisen välistä kilpailua ja toistaalta rinnakkaista olemassaoloa. Kolmikomponenttisysteemiä tutkitaan sekä ulkoisessa vakiopotentiaalissa että harmonisessa loukussa. Vakiopotentiaalissa kemiallisten potentiaalien valinta luo hyvin erityyppisiä pariutumismekanismeja. Harmonisessa loukussa ulkoinen potentiaali voidaan paikallisesti arvioida vakioksi, jolloin vakiopotentiaaliratkaisua voidaan käyttää. Tällöin ratkaisu pätee tarkasti termodynaamisella rajalla. Toisaalta systeemi voidaan ratkaista Bogoliubov-de Gennes yhtälöiden avulla, jolloin ratkaisusta tulee tarkka ja äärellisen koon ilmiöt näkyvät tuloksissa. Molempien menetelmien antamat tulokset viittaavat kahden pariutumisen rinnakkaisen olemassaolon olevan äärellisen koon ilmiö. Tämän lisäksi työssä tutkitaan, voivatko eri komponenttien väliset hiukkasmäärien johtaa eksoottisiin, tavanomaisesta BCS-pariutumisesta poikkeavia pariutumismekanismeihin. Radiotaajuusspektroskopia on kokeellinen menetelmä, jonka avulla voidaan mitata pariutumisenergian voimakkuutta. Laskennallisia spektrejä voidaan käyttää kokeellisten mittausten analysointiin. Tämä mahdollistaa esimerkiksi kahden pariutumiskanavan samanaikaisen olemassaolon havaitsemisen. Tässä työssä ennustetaan uuden, Josephson-ilmiön tyyppisen, mutta siitä poikkeavan anomaalisen virran olemassaolo.

Description

Supervisor

Törmä, Päivi

Thesis advisor

Törmä, Päivi
Kinnunen, Jami

Keywords

Fermi gas, suprajuoksevuus, superfluidity, Fermi-kaasu, three-component system, kolmikomponenttisysteemi, radio-frequency spectroscopy, radiotaajuusspektroskopia

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122356845

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI