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相互作用する系の量子熱力学

研究課題

研究課題/領域番号 21J10521
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

Keller Tim  沖縄科学技術大学院大学, 科学技術研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
900千円 (直接経費: 900千円)
2022年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2021年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
キーワードUltracold gases / Strongly correlated / One-dimensional mixture / Quantum phase transition / Bose-Einstein condensate / Critical metrology
研究開始時の研究の概要

My research is about the study of quantum systems comprised of interacting cold atoms from the perspective of thermodynamics. In particular, I aim to perform extensive numerical simulations of complex composite quantum systems to show how their interactions can be used for their precise control either directly via the system parameters or indirectly by coupling them to an open environment.
Gaining such control allows to employ these systems as working media in quantum heat engines in order to study peculiar effects like quantum supremacy in the newly emerging field of quantum thermodynamics.

研究実績の概要

The work on the self-pinning transition for a two component quasi-one-dimensional quantum gas was extended to the case of finite intra-species repulsion for the component immersed into the Bose-Einstein condensate (BEC), going beyond the previously studied Tonks-Girardeau limit of infinite intra-species interaction. If the finite repulsion is weak compared to the inter-species interaction with the BEC, the immersed component can persist in a coherent superfluid state. Extensive simulations of the numerically amenable case of two and three immersed atoms were used to calculate the phase diagram of the system. The superfluid and self-pinned phases are connected via a first-order phase transition that is also captured by the effective analytical model developed previously. The model predicts the transition to coincide with the two-component miscibility criterion in the limit of large particle numbers in the immersed component.
The results are described in a preprint on arXiv in collaboration with Dr. Thomas Fogarty and Prof. Thomas Busch that has been accepted for publication in SciPost Physics.
During FY 2022 I also presented posters at the domestic conference "Ultracold Atoms Japan" in Okinawa in April 2022 as well as at the international conference "FINESS" in St. Martin, Germany, in May 2022.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Fermionization of a Few-Body Bose System Immersed into a Bose-Einstein Condensate2023

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller, Thomas Fogarty, Thomas Busch
    • 雑誌名

      SciPost Physics

      巻: In press

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-Pinning Transition of a Tonks-Girardeau Gas in a Bose-Einstein Condensate2022

    • 著者名/発表者名
      Keller Tim、Fogarty Thomas、Busch Thomas
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 号: 5 ページ: 053401-053401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.128.053401

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Adiabatic critical quantum metrology cannot reach the Heisenberg limit even when shortcuts to adiabaticity are applied2021

    • 著者名/発表者名
      Gietka Karol、Metz Friederike、Keller Tim、Li Jing
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 5 ページ: 489-489

    • DOI

      10.22331/q-2021-07-01-489

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Self-Pinning Transition of a Tonks-Girardeau Gas in a Bose-Einstein Condensate2022

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller
    • 学会等名
      Ultracold Atoms Japan
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Self-Pinning Transition of a Tonks-Girardeau Gas in a Bose-Einstein Condensate2022

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller
    • 学会等名
      FINESS Conference, St. Martin, Germany
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Pinning Transition of a Tonks-Girardeau Gas in a Bose-Einstein Condensate2022

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller
    • 学会等名
      Poster at the FermiPolar Online Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Self-Pinning Transition of a Tonks-Girardeau Gas in a Bose-Einstein Condensate2021

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller
    • 学会等名
      Invited Seminar by Prof. Giovanna Morigi at Saarland University, Saarbruecken, Germany
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Experimental considerations for the self-pinning transition2021

    • 著者名/発表者名
      Tim Keller
    • 学会等名
      Invited Seminar by Prof. Tilman Esslinger at ETH Zurich, Switzerland
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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