2013 Fiscal Year Annual Research Report
光格子中イッテルビウム量子気体の究極的操作・観測が拓く新奇量子凝縮相研究の新展開
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25220711
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高橋 義朗 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40226907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高須 洋介 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50456844)
藤本 聡 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10263063)
段下 一平 京都大学, 基礎物理学研究所, 助教 (90586950)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子エレクトロニクス / 冷却原子 / トポロジカル超流動 / ベリー位相 / マヨラナ・フェルミオン / 量子三重臨界点 / 二種混合気体 |
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| Research Abstract |
Ｙｂ原子を用いた冷却原子実験では、まず、冷却光の周波数スイープおよび蒸発冷却の最適化により、大量の超低温Yb原子気体を安定に生成する技術をほぼ確立した。また、フェルミ粒子の基底状態と準安定状態との間の磁場フェッシュバッハ共鳴を原子ロスおよび光格子中の分光測定により発見するとともに、フェッシュバッハ分子の光生成に成功にも成功した。これは、今後、光フェッシュバッハ共鳴にも応用できる可能性がある。さらに、光リープ格子の実装に成功したことを、ＢＥＣの干渉パターンやフェルミ粒子のバンドマッピングにより確認した。さらに、超格子技術を利用した新規の量子輸送現象の観測にも成功した。また、光格子中に、Yb原子とLi原子を同時に導入することに成功し、Liのフェルミ縮退気体がある状態で、Yb原子の高分解能分光実験を遂行した。
理論では、トポロジカルに非自明な磁気構造によって誘起される創発的電磁気現象、およびトポロジカル超流動における動的アクシオンについて理論研究を行った。スカーミオンなどのテクスチュアの動的変化が生み出す創発的電磁場が電気的に中性な粒子に対して働き、ホール効果や磁気電気効果を生み出すことが明らかになった。
また、光格子中のYb原子量子気体系を量子シミュレータとして実現できる様々な理論模型を提案・解析し、そこで起こる興味深い量子多体物理現象を予言した。具体的には、ボース粒子Yb同位体の二種混合系における超流動-絶縁体転移の量子三重臨界性や、それを三角光格子に閉じ込めた際に出現する新奇な磁性相を見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
冷却原子数の増大、フェルミ原子に対するフェッシュバッハ共鳴の観測、光リープ格子の実装、およびYbLi原子の光格子への実装など、当初の計画通りに進んでいるだけでなく、フェシュバッハ分子の直接光会合など新たな結果が得られており、当初の計画以上に進展していると言える。
理論は、２５年度は、動的なトポロジカル量子現象についての理解が大きく進む成果が得られた。これは従来、あまり研究されていなかったテーマであり、ここで得られた知見を下にマヨラナ・フェルミオンの動的性質について一層、理解が進むことが期待され、当初の計画以上に進展していると言える。
また、本研究課題の目的である、光格子中Yb気体系の量子シミュレータとしての可能性
を理論的提案によって広げられたという意味で、当該年度の研究は順調に進展したといえる。実際に、量子相転移の臨界性を調べるための高空間分解能観測技術と非従来型の光格子の実験開発が進んでおり、理論・実験が共通の着地点に向かっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
冷却光にサイドバンドを生成することにより、原子数を飛躍的に増大させる。また、シュテルン・ゲルラッハ法を駆使した観測法を確立し、基底状態と準安定状態間のクーパー対のフェルミ超流動の実現を試みる。また、人工スピン軌道相互作用によるマヨラナ準粒子の安定性について理論的に明らかにする。さらに、準安定状態で回転系断熱消磁実験を行い、磁気相転移の観測を試みる。リープ格子のバンド占有情報についての各種測定を行い確認する。また、光超格子技術を応用した、１次元でのサウレスポンピングおよび超流動性に関する研究を理論と比較しながら進める。
理論は、２５年度に理解が大きく進んだ、動的トポロジカル現象に関する知見を土台にして、トポロジカル超流動中におけるマヨラナ・フェルミオンの動的応答についての研究を推進し、冷却原子気体におけるマヨラナ・フェルミオンの実現と観測に向けて、その条件を明らかにすることを目指す。
また、今後も引き続き、量子シミュレータで実現するに値する興味深い現象を理論的に予言していく。特に実験系での実現可能性が高い現象に注目して、理論担当者と実験担当者の議論の頻度を上げ、互いにパラメータをどのように与えて解析を行うべきかというレベルまで実験・理論の対応を精密化する。
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[Presentation] Binary Bose mixtures in optical lattices
Author(s)
Ippei Danshita
Organizer
International Molecule-type Workshop on New Correlations in Exotic Nuclei and Advances of Theoretical Models
Place of Presentation
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, Kyoto, Japan
Invited
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[Presentation] First-order transition and hysteresis phenomena of Bose-Bose mixtures in an optical lattice
Author(s)
Daisuke Yamamoto, Takeshi Ozaki, Carlos A. R. Sa de Melo, Ippei Danshita
Organizer
2013 Joint Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics and the CAP Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics
Place of Presentation
Quebec City Convention Center, Quebec City, Quebec, Canada
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