Dark topological valley Hall edge solitons

Topological edge solitons propagating along the edge of a photonic topological insulator are localized self-sustained hybrid states that are immune to defects/disorders due to the protection of the edge states stemming from the nontrivial topology of the system. Here, we predict that exceptionally robust dark valley Hall edge solitons may form at the domain walls between two honeycomb lattices with broken inversion symmetry. The underlying structure can be created with femtosecond laser inscription, it possesses a large bandgap where well-localized dark edge solitons form, and in contrast to systems with broken time-reversal symmetry, it does not require external magnetic fields or complex longitudinal waveguide modulations for the realization of the topological phase. We present the envelope equation allowing constructing dark valley Hall edge solitons analytically. Such solitons propagate without radiation into the bulk of the lattice and can circumvent sharp corners, which allows observing their persistent circulation along the closed triangular domain wall boundary. They survive over huge distances even in the presence of disorder in the underlying lattice. We also investigate interactions of closely located dark topological valley Hall edge solitons and show that they are repulsive and lead to the formation of two gray edge solitons, moving with different group velocities departing from group velocity of the linear edge state on which initial dark solitons were constructed. Our results illustrate that nonlinear valley Hall systems can support a rich variety of new self-sustained topological states and may inspire their investigation in other nonlinear systems, such as atomic vapors and polariton condensates.

Spin noise correlations in multispecies hot atomic vapors

Οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν στα αλκαλικά ατομικά αέρια αποτελούν θεμέλιο για μια πληθώρα από θεμελιώδης και εφαρμοσμένες έρευνες όπως οι μελέτες της πυρηνικής δομής και των θεμελιωδών συμμετριών, τα ευαίσθητα ατομικά μαγνητόμετρα, ο μαγνητικός συντονισμός και η βιομαγνητική απεικόνιση. Τα αποτελέσματα των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν στο ατομικό σύστημα είναι πολύπλούσια και διαφέρουν ανάλογα τις συνθήκες: Μπορούν να προκαλέσουν αποσυμφωνία και να δημιουργήσουν θόρυβο σπιν ή μπορούν να μεταφέρουν πόλωση σπιν και κβαντική συμφωνία χωρίς να συνεισφέρουν στην αποσυμφωνία του ολικού σπιν του αερίου. Πρόσφατα, με την ανάπτυξη των κβαντικών μετρήσεων και της κβαντικής τεχνολογίας, οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν έχουν τραβήξει αρκετά το ενδιαφέρον σαν ένας πόρος για την κβαντική μετρολογία και σαν πιθανή πηγή κβαντικού θορύβου. Κάναμε ένα πείραμα ακρίβειας το οποίο αφορά συσχετίσεις θορύβου σπιν σε πολυατομικά θερμά ατομικά αέρια. Πιο συγκεκριμένα, παρατηρούμε μη μηδενικές συσχετίσεις σπιν θορύβου και φαινόμενα μεταφορά κβαντικής συμφωνίας σε θερμική ισορροπία μεταξύ των σπιν των αλκαλικών ατόμων 133Cs και 87Rb, τα οποία έχουν από την φύση τους διαφορετικούς γυρομαγνητικούς λόγους. Και τα δύο αυτά αποτελέσματα πηγάζουν από τις αυθόρμητες και ακατάπαυστες συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν οι οποίες τείνουν να συζεύξουν τα δυο ατομικά συστήματα μέσω της σύμφωνης ανταλλαγής σπιν. Ερευνούμε την συμπεριφορά των αυθόρμητων συσχετίσεων θορύβου σπιν τόσο σε μία ισχυρά συζευγμένη περιοχή, σε μικρά μαγνητικά πεδία, όπου ο ρυθμός των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν είναι μεγαλύτερος από την διαφορά των Larmor συχνοτήτων των δυο αερίων και σε μία ασθενώς συζευγμένη περιοχή, σε μεγαλύτερα μαγνητικά πεδία, όπου η μεγάλη συχνότητα Larmor τείνει να συρρικνώσει τις σχηματισμένες συσχετίσεις. Σε θεωρητικό επίπεδο, αναπτύξαμε μια εικόνα κβαντικών τροχιών των αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής σπιν, η οποία είναι σε συμφωνία με την γεννήτρια εξίσωση που περιγράφει την δυναμική του πίνακα πυκνότητας. Στην συνέχεια χρησιμοποιούμε τις κβαντικές τροχιές για να δείξουμε την φύση των συσχετίσεων θορύβου οι οποίες αναπτύσσονται αυθόρμητα σε πολυατομικά συστήματα και συχνά χρησιμοποιούνται σε ευαίσθητες μετρήσεις του σπιν. Τέλος, δείχνουμε ότι οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν στα θερμά ατομικά αέρια δημιουργούν αυθόρμητα ισχυρές δυαδικές συμπλέξεις, τις οποίες και ποσοτικοποιούμε χρησιμοποιώντας τα εργαλεία της θεωρίας της κβαντικής πληροφορίας. Οι συμπλέξεις αυτές έχουν χρόνο ζωής τουλάχιστον ίσο με τον χρόνο των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν και επηρεάζουν άμεσα μετρούμενα μεγέθη που σχετίζονται με τον θόρυβο σπιν. Παρουσιάζουμε ένα θεωρητικό παράδειγμα όπου ένα θερμό και πυκνό ατομικό αέριο μπορεί να διατηρήσει δυαδικές και ίσως και ανώτερης τάξης κβαντικές συμπλέξεις. Βαθύτερη κατανόηση των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν στα θερμά αέρια δυο διαφορετικών ειδών μπορεί να συνεισφέρει στην βελτίωση της λειτουργίας των ατομικών συσκευών, όπως είναι για παράδειγμα τα ατομικά μαγνητόμετρα, ή στην δημιουργία και ανακάλυψη νέων κβαντικών πρωτοκόλλων ή και νέων ατομικών συσκευών.

Nonlinear self-accelerating beams induced in multilevel atomic vapors

We demonstrate the existence and curious propagation dynamics of self-accelerating beams in Λ-type three-level nonlinear atomic vapors with Kerr and cubic-quintic nonlinearities through numerical investigation and mathematical modelling. Upon adjusting the generation and propagation conditions, these nonlinear accelerating beams exhibit different evolution properties. We demonstrate that the input beams can propagate robustly in the medium regardless of its absorption properties. The shape and peak intensity of the main lobes of these input beams, which are the eigenmodes of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) in atomic media, are preserved for a significantly long propagation distance. If such beams are not the modes of the system, they are subjected to the under-healing or over-healing effect, which damages the shape of the self-accelerating beams. We also discuss the interactions between truncated accelerating beams, which readily generate non-accelerating solitons and soliton pairs. The results indicate that the atomic vapor can serve as a promising medium for the generation of nonlinear self-accelerating beams.

Ellipsometric spectroscopy of rubidium vapor cell at near-normal incidence

Various efforts have been made to overcome Doppler broadening in hyperfine measurement limitations in the atomic vapors spectroscopy and associated applications. The present study measured and calculated hyperfine resolved ellipsometric parameters through the near-normal reflectance spectra of the rubidium vapor cell in two experimental setups based on continuous and modulated pathway. The results indicated that valuable information could be extracted from the ellipsometric parameters about the atomic medium. Change in the ellipsometric parameters in each transition line confirms the existence of the elliptical polarization of the reflected light when it is exposed to the alkali metal vapor. Our results show that the ellipticity at 5S1/2 (Fg = 1, 2) → 5P1/2 (Fe = 1, 2) hyperfine transitions of 87Rb (D1 line) is small, and accordingly hyperfine transitions between the ground 5S1/2 (Fg = 2, 3) and excited 5P1/2 (Fe = 2, 3) states of the 85Rb isotope are considerable. These ellipsometric parameters, as phase difference, can trace the behavior of the relative orientation of the electric field and atom velocity in the interface based on van der Waals dipole–dipole interaction and is directly proportional to the strength of the light-matter interaction which extremely useful instead complicated atomic spectroscopic methods.