Exotic Bose-Einstein condensates: binary mixtures and dipolar gases

Abstract

Nesta tese estudamos conceitos básicos de um condensado de Bose-Einstein (BEC) e sua extensão para sistemas com propriedades mais exóticas, incluindo misturas de dois componentes, com algumas características interessantes encontradas devido à interação entre espécies, e condensados de átomos com forte momento (magnético) dipolar, nos quais a interação dipolo-dipolo (anisotrópica e de longo-alcance), abre novas possibilidades de pesquisa na procura por desconhecidas e fascinantes características para gases atômicos ultra-frios. Mostramos o modelo de campo-médio para misturas de dois BECs interagindo através do potencial de contato e da interação dipolar de longo-alcance empregando termos não lineares de inter e intra-espécies. Aplicamos este modelo em sistemas binários com diferentes armadilhas em que um deles ou ambos podem ser dipolares. Especificamente, estudamos as características físicas de uma mistura de dois BECs - com e sem interação dipolar -, a formação (e dinâmica) de bright solitons para um BEC dipolar, algumas propriedades interessantes para um BEC dipolar no limite de interação forte, e as características de um BEC dipolar quase-livre vinculado à um outro BEC não dipolar confinado numa armadilha magnética. Apresentamos nossos resultados numéricos usando gráficos de densidade, diagramas de fase, de formação de estruturas nas densidades ou a dinâmica dos sistemas, entre outros. Sempre que possível, nossos resultados serão associados com quantidades usadas em técnicas experimentais através de um tipo específico de átomo, o número de partículas, os valores dos parâmetros de interação, a anisotropia da armadilha ou outras quantidades relacionadas com observáveis experimentais

We described the basic ideas of Bose-Einstein condensation (BEC), and then we focused our study on extensions to more exotic condensates including mixtures of two components, where interesting characteristics are found due to the interspecies interaction, and magnetic dipolar gases, which with their ansiotropic long-range dipolar interaction have opened up new avenues of research into cold atoms, in a quest for novel and fascinating features. In this thesis, we present the mean-field model for the binary BEC interacting two-componente mixtures of dipolar and nondipolar BECs, the formation and dynamics of bright solitons, the strong coupling domain for dipolar BECS, and the features of an untrapped bound dipolar droplet in a trapped nondipolar condensate. Our numerical results are presented in density plots, stability, phase plots, structure formartion in densities, breathing oscillation, and more. However, these solutions, whenever possible, are associated with quantities widely handled in experimental techniques, theough a specific types of atoms, number of particles, values of parameters of interaction or the anisotropy of trap, and others quantities related to experimental observables