2016 Fiscal Year Research-status Report
超流動フェルミ原子気体におけるトラップポテンシャルの非局所的な影響の解明
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16K17773
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
猪谷 太輔 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 助教 (00726507)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フェルミ原子気体 / 超流動 / トラップポテンシャル / 強結合効果 / p波超流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は絶対零度付近のs波フェルミ原子気体超流動に着目、BCS-Legette近似の枠組み内でトラップポテンシャルの影響を厳密に取り扱うアルゴリズムの開発を行った。さらにこの理論を用いることにより、従来の局所密度近似では考慮されていなかった、非局所的なトラップポテンシャルの影響である空間反転対称性の破れに加え、スピン空間の回転対称性がスピンインバランス等の要因により破れている場合、s波超流動であるにもかかわらずスピン3重項クーパー対振幅が誘起される現象（パリティ混成効果）が生じることを理論的に明らかにした。また、このようなスピン3重項クーパー対振幅が生じているs波超流動に対し、フェッシュバッハ共鳴により相互作用を瞬時にｐ波相互作用に切り替えることで、p波超流動を実現できる可能性を理論的に明らかにした。さらに、スピンインバランス、質量インバランス、及びスピン依存するトラップポテンシャルを用いた場合における、誘起されるスピン3重項クーパー対振幅を量的に評価、p波超流動実現に最適な条件を理論的に明らかにした。
また本年度は、近年、カリウム40フェルミ原子気体に対して行われた、局所的な光電子分光スペクトルの観測を受け、実験と類似のトラップポテンシャルを含むs波相互作用するフェルミ原子気体に対し、強結合Ｔ行列理論の枠組みで１粒子励起スペクトルを解析することにより、実験結果をフィッティングパラメータなしに定量的に再現することに成功した。また、どの程度、一様系と類似しているかの指標となる量を定義することで、一様系の結果とみなせる実験的な条件を明らかにすることに成功した。その結果、高温領域においては現在の実験環境で十分であるが、超流動転移温度付近の擬ギャップ領域において一様系とみなせる結果を得るためにはより厳しい条件が必要であることを明らかにした。
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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
今年度はBCS-Leggett理論の範囲内でトラップポテンシャルの影響を厳密に取り入れることに成功した。また現在、トラップポテンシャルを取り入れる理論的方法として広く用いられている局所密度近似の範囲内では現れない新しい現象であるパリティ混成効果を理論的に予言することに成功した。さらに、現在、この理論を拡張することにより、超流動揺らぎの影響をNosieresとSchmitt-Rinkの強結合理論の範囲内で取り入れた理論を構築、数値解析手法の開発を行っており、これにより絶対零度のみならず、有限温度に適用可能になることが期待できる。
このように、研究は計画通りに進行しており、研究は「おおむね順調に進展している」と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、s波引力相互作用するフェルミ原子気体に対して、強結合効果をNosieresとSchmitt-Rinkの強結合理論の範囲内で、トラップポテンシャルの影響を厳密に取り入れた理論の構築、および物理量の数値解析手法の開発を行う。従来の局所密度近似では、トラップポテンシャルの影響を局所的に取り扱うため非局所的な物理量の解析を行うことができない。そこで、構築した理論を用いることで、非局所的かつ、冷却原子気体において実験的に観測可能な物理量である対相関関数の解析を行い、トラップポテンシャルの影響を明らかにする。
また、有限系における強結合理論では、一般に相転移を記述できないという大きな問題があることが知られている。一方で、本研究において用いている強結合理論では温度減少に伴う対相関の発達は的確に取り入れられているため、その影響を受け、熱力学量に何らかの異常が現れることが期待できる。そこで、構築された理論を用いて、相転移現象、及び対形成現象に対して敏感であることが知られている比熱の解析を行い、その振る舞いから相転移温度の導出を試みる。
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| Causes of Carryover |
高性能計算機の納期が今年度中に間に合わなかったためにその分を次年度に繰り越しした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
４月に高性能計算機納入予定である。
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