2016 Fiscal Year Annual Research Report
リープ型光格子中での超低温量子気体による遍歴強磁性の実現と解明
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15J02035
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小沢 秀樹 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | Lieb格子 / 平坦バンド / 冷却原子 / 磁性 / 量子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、リープ型光格子のバンド構造に対する原子間相互作用の影響を観測し、その結果を論文としてまとめて投稿し、Phys. Rev. Lett.誌にアクセプトされた。
昨年度までの研究で、リープ型格子のバンド構造を測定する手法を確立していた。その手法では、光格子中のボース・アインシュタイン凝縮体に外力を加えることで様々な運動量点に輸送し、各準運動量で群速度を測定して積分することで、基底バンドの分散を再構築する。励起バンドに関しては、各準運動量でバンドギャップを測定し、基底バンドの測定結果を合わせることで再構築する。以上の方法を用いて、リープ型光格子のバンド構造を様々なパラメータ領域に対して決定した。その結果、原子間相互作用によって平坦バンドがシフトし、かつ歪んでいることがわかった。以上の結果について、筆頭著者として学術論文にまとめた。
さらに本年度は、リープ型光格子中での量子気体による磁性の実現・観測のための準備として、1次元光超格子による2重井戸型ポテンシャル中の2成分スピンの短距離磁性を実現、および観測することに成功した。
光格子中の冷却原子系において量子磁性を実現する際に問題となることは、エントロピーが高いことである。そこで、本年度はエントロピーが高くても量子磁性が現れる系を実現することにした。特に、1次元光超格子による2重井戸型ポテンシャル中にイッテルビウム(Yb)のフェルミ同位体である173Ybの2成分フェルミ縮退を導入した系を構築した。レーザー光によるスピン依存するポテンシャル勾配を2重井戸に印加し、スピン1重項と3重項の振動を観測することで、2重井戸内での短距離磁性の生成を確認することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定では、採用年度2年目には補正レーザー光による光格子中の蒸発冷却を行うことを計画していた。これは、光格子とは別のレーザー光を導入することで、調和トラップの中心付近のエントロピーをトラップの外へ運び出すという冷却手法である。しかし、上記の手法を実際に試したところ、本研究で用いているイッテルビウム原子の性質と相性が良くないことが判明した。そこで、エントロピーが高くても量子磁性が現れる系を構築することにした。そのような系で実験を行い、短距離の量子磁性の生成を確認することに成功したので、光格子中の冷却原子気体を使った磁性研究の第一歩を踏み出せたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、1次元光超格子中のフェルミ縮退において短距離磁性が観測できている。この系を用いて、エントロピー再配置やスピン自由度を利用した新しい冷却手法をテストすることを考えている。つまり、磁気秩序の発達具合から冷却できているかを判断する。そのようなテスト環境でうまく動作した冷却手法を、リープ型光格子のシステムに導入し、最終的にはその系での磁気相関の実現を目指す。
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