光格子中の量子縮退混合系を用いたアンダーソン・ハバード量子シミュレータの実現

• Project/Area Number: 13J00931
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小西 秀樹 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 冷却原子 / 量子縮退気体 / 光格子

Outline of Annual Research Achievements

光格子中のイッテルビウム（Yb）-リチウム（Li）混合系を用いた不純物系の量子シミュレーションを実現する上で重要なのが、Yb-Li間のフェッシュバッハ共鳴による原子間相互作用の制御である。しかし、基底状態同士のフェッシュバッハ共鳴は1kG付近の非常に高磁場に位置するうえ、幅が数mG以下と非常に狭いことが理論的に予測されている。そこで我々はYbのもつ準安定な電子励起状態である3P2状態と基底状態Li間のフェッシュバッハ共鳴に着目している。本年度はこのYb(3P2)-Li間フェッシュバッハ共鳴観測に向けて、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突特性を詳細に調べた。
実験は以下の様な手順で行った。まずYb-Liの量子縮退混合系を用意し、波長532nmのレーザーで作る光格子に断熱的に導入し、Ybのモット絶縁体を作る。このとき光格子はYbがモット絶縁体として格子点に局在するような深さであるが、Liは格子点に留まることなく3次元的な気体となっている。Ybのモット絶縁体に対して3P2分光を行うと、格子点の占有数に対応した周波数のシフトが観測される。これは1S0-3P2遷移が超狭線幅遷移であり、格子点中の原子間相互作用に比べて線幅が十分狭いためである。占有数1のYb原子を励起し、保持時間後に残った3P2原子を測定する。このように光格子中で測定を行うことにより、3P2-3P2や3P2-1S0の衝突を排し、測定したいYb(3P2)-Liの衝突だけを観測することができる。Li原子の密度を変えて3P2状態の寿命測定を繰り返し、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突係数を決定した。また、この光格子を用いた手法により、格子点の占有数別に2体、3体、4体の非弾性衝突を分離して測定することにも成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A Three-Dimensional Optical Lattice of Ytterbium and Lithium Atomic Gas Mixture (2014)
  • Author(s): H. Hara, H. Konishi, S. Nakajima, Y. Takasu. and Y. Takahashi
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 83 Issue: 1 Pages: 014003-014003
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.014003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 準安定3P2状態Yb原子とLi原子間の非弾性衝突 (2016)
  • Author(s): 小西秀樹、Florian Schäfer、植田信也、小野滉貴、高橋義朗
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] 光格子に導入された冷却Yb-Li原子混合系の振舞いII (2014)
  • Author(s): 小西秀樹、Florian Schaefer、植田信也、中島秀太、高須洋介、高橋義朗
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Designing an ultracold Yb-Li mixture with controllable interactions (2014)
  • Author(s): Florian Shcaefer, Hideki Konishi, Shinya Ueda, Shuta Nakajima, Yosuke Takasu, Yoshiro Takahashi
  • Organizer: The 24th International Conference on Atomic Physics
  • Place of Presentation: Wahington, D. C. USA
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [Presentation] 光格子に導入された冷却Yb・L源子混合系の振舞い (2014)
  • Author(s): 小西秀樹、原秀明、Florian Schafer、足立景亮、中島秀太、高須洋介、高橋義朗
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-28