原子気体の多成分ボーズ凝縮体における量子位相欠陥

• Project/Area Number: 06J02224
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 礒島 知也 Kyoto University, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 渦糸 / ボーズ凝縮体 / ねじれ構造 / 原子気体 / ボーズ凝縮

Research Abstract

原子気体ボーズ凝縮体中の渦糸についての研究を行った。この凝縮体では、これまでに、2本の渦糸がそれぞれ螺旋状の配置をとる構造や、4本の渦糸が同一面内に平行に並んだ配置をとる構造が実現されている。これらに対する理論的研究をこれまで行ってきたが、それをさらに進めて、2本の渦糸が鎖状の配置をとる構造や、4本の渦糸が編目状の配置をとる構造を実現するための、理論研究を行った。
どのような構造が発生するかは、ボゴリューボフ方程式の固有値と固有ベクトルを調べることでおおよそ予測できることを示し、その固有値等の性質によると、実験のための最適な条件は、原子気体凝縮体の、線密度の最大値を調節することで得られることがわかった。また、凝縮体を非調和型トラップに閉じ込めた場合には、凝縮体内の比較的広い範囲で、渦糸が鎖状や編目状の配置をとれることを示した。それらの情報を元に、実現可能な原子数や閉じ込めトラップの配置で、三次元空間で渦糸の位置の時間変化をシミュレーションし、鎖構造と網目構造ができることを数値的に示した。
この研究内容の一部は、これまでに国内の学会で発表していたが、今回新たに、渦糸2本や4本からなる構造、ねじれ構造と鎖状構造といった空間配置のパターンごとに、それを実現するための条件を整理し、より精度を上げた数値計算を行って論文として発表した。これによって、海外の研究者に向けても、このような多様な構造の可能性を指摘することができた。

Research Products

• [Journal Article] Vortex Chain Structure in Bose-Einstein Condensates (2008)
  • Author(s): 礒島知也
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan 77
  • NAID: 110006933479
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spontaneous Splitting of a Quadruply Charged Vortex (2007)
  • Author(s): T.Isoshima, M.Okano, H.Yasuda, K.Kasa, 」.A.M.Huhtamaki, M.Kumakura, and Y.Takahashi
  • Journal Title: Physical Review Letters 99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Splitting Times of Doubly Quantized Vortices in Dilute Bose-Einstein Condensates (2006)
  • Author(s): J.A.M.Huhtamaki, M.Mottonen, T.Isoshima, V.Pietila, S.M.M.Virtanen
  • Journal Title: Physical Review Letters 97 Pages: 11406-11406
• [Journal Article] Stability and dynamics of vortex clusters in nonrotated Bose-Einstein condensates (2006)
  • Author(s): V.Pietila, M.Mottonen, T.Isoshima, J.A.M.Huhtamaki, S.M.M.Virtanen
  • Journal Title: Physical Review A 74 Pages: 23603-23603
• [Presentation] 多成分原子気体の蒸発冷却過程 (2007)
  • Author(s): 礒島 知也
  • Organizer: 日本物理学会第62回年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス
  • Year and Date: 2007-09-22