ポラリトン超流動体における量子散逸構造

• 研究課題/領域番号: 26400414
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 斎藤 弘樹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60334497)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: Superfluid / Polariton / Quantized vortex / Bose-Einstein condensate / ボース・アインシュタイン凝縮 / 励起子ポラリトン / 自励振動 / 超流動 / 量子渦 / 散逸構造

研究成果の概要

本研究の目標は、散逸とポンプのある量子系である励起子ポラリトン超流動体において、散逸構造などの散逸系特有の現象を見出すことであった。研究の結果、局所的にポンプされた系において、ポラリトン超流動体が回転対称性を破った独特の構造を獲得することが見出された。興味深いことに、この状態は自発的に回転運動を行う。これは自励振動の一種と考えることができる。さらにこの状態が複数個近接して存在する場合、回転運動が互いに同期することがわかった。これら自励回転や同期現象は散逸系特有の現象であると言える。
加えて、原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体における量子渦等の様々な構造に関して研究成果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] 中国科学院(中国)
• [国際共同研究] 中国科学院(中国)
• [雑誌論文] Spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates held under a toroidal trap (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiao-Fei Zhang, Masaya Kato, Wei Han, Shou-Gang Zhang, and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 95 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.95.033620
  • NAID: 130007510719
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vortex pairs in a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kato, Xiao-Fei Zhang, and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 95 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.95.043605
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Non-equilibrium dynamics induced by miscible-immiscible transition in binary Bose-Einstein condensates (2016)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Eto, Masahiro Takahashi, Masaya Kunimi, Hiroki Saito, and Takuya Hirano
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 18
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Double-quantum spin vortices in SU(3) spin-orbit coupled Bose gases (2016)
  • 著者名/発表者名: Wei Han, Xiao-Fei Zhang, Shu-Wei Song, Hiroki Saito, Wei Zhang, Wu-Ming Liu, and Shou-Gang Zhang
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 94 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.94.033629
  • NAID: 130006246097
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Path-integral Monte Carlo study on a droplet of a dipolar Bose-Einstein condensate stabilized by quantum fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 5 ページ: 053001-053001
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.053001
  • NAID: 40020820500
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-rotation and synchronization in exciton-polariton condensates (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito and Rina Kanamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 16 ページ: 165306-165306
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.165306
  • NAID: 130006711565
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Twisted spin vortices in a spin-1 Bose-Einstein condensate with Rashba spin-orbit coupling and dipole-dipole interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kato, Xiao-Fei Zhang, Daichi Sasaki, and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 94 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.94.043633
  • NAID: 130006711564
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topological defect formation in rotating binary dipolar Bose-Einstein condensate (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiao-Fei Zhang, Wei Han, Hai-Feng Jiang, Wu-Ming Liu, Hiroki Saito, and Shou-Gang Zhang
  • 雑誌名: Annals of Physics 巻: 375 ページ: 368-377
  • DOI: 10.1016/j.aop.2016.10.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Droplet formation in a Bose-Einstein condensate with strong dipole-dipole interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: Kui-Tian Xi and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 93 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.93.011604
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bouncing motion and penetration dynamics in multicomponent Bose-Einstein condensates (2016)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Eto, Masahiro Takahashi, Keita Nabeta, Ryotaro Okada, Masaya Kunimi, Hiroki Saito, and Takuya Hirano
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 93 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.93.033615
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Collision dynamics of skyrmions in a two-component Bose-Einsteincondensate (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Kaneda and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 93 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.93.033611
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Energy shift of magnons in a ferromagnetic spinor-dipolar Bose-Einstein condensate (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito and Masaya Kunimi
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 91 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.91.041603
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Upper bound of one-magnon excitation and lower bound of effective mass for ferromagnetic spinor Bose and Fermi gases (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kunimi and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 91 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.91.043624
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppression of relative flow by multiple domains in two-component Bose-Einstein condensates (2015)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Eto, Masaya Kunimi, Hidekatsu Tokita, Hiroki Saito, and Takuya Hirano
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 92 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.92.013611
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Can we swim in superfluids?: Numerical demonstration of self-propulsion in a Bose-Einstein condensate (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 11 ページ: 114001-114001
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.114001
  • NAID: 40020649311
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comment on ``Ground-state fragmentation phase transition for attractive bosons in anisotropic traps'' (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 89 号: 6
  • DOI: 10.1103/physreva.89.067601
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of Dipole-Induced Spin Texture in an 87Rb Bose-Einstein Condensate (2014)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Eto, Hiroki Saito, and Takuya Hirano
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 112 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.185301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of spin current in a Bose gas by periodic application of π pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Eto, Mark Sadgrove, Sho Hasegawa, Hiroki Saito and Takuya Hirano
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 90 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.90.013626
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hysteresis in quantized vortex shedding (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Kadokura, Jun Yoshida, and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 90 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.90.013612
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of a vortex dipole across a magnetic phase boundary in a spinor Bose-Einstein condensate (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Kaneda and Hiroki Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 90 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreva.90.053632
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] RFスピン制御された87Rbボース・アインシュタイン凝縮体におけるスピン交換衝突 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鳥居明季, 鍋田慧太, 高橋雅裕, 柴山均, 衞藤雄二郎, 斎藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-19
• [学会発表] ボース・アインシュタイン凝縮体相分離ダイナミクスの光トラップ形状依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柴山均, 岡田涼太郎, 衞藤雄二郎, 斉藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-19
• [学会発表] スピン1・スピン2混合ボース凝縮体におけるrephasingの観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 衞藤雄二郎, 柴山均, 斎藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-19
• [学会発表] スピン軌道相互作用するスピノール・ダイポールBECの基底状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤雅也, Xiao-Fei Zhang, 佐々木大地, 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 励起子ポラリトン凝縮体における自励振動と同期 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹, 金本理奈
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 混和性制御による2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の非平衡ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 衞藤雄二郎, 高橋雅裕, 國見昌哉, 斎藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会２０１６年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Double-quantum spin vortices in SU(3) spin-orbit coupled Bose gases (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiao-Fei Zhang, Wei Han, Hiroki Saito
  • 学会等名: 日本物理学会２０１６年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] ダイポールBECにおけるドロップレット形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹, Kui-Tian Xi
  • 学会等名: 日本物理学会２０１６年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 87Rbボース・アインシュタイン凝縮体におけるゼーマン準位間のラビ振動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田涼太郎, 鍋田慧太, 鳥居明季, 高橋雅裕, 衞藤雄二郎, 國見昌哉, 斎藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 超流動体中の物体の自己推進 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 二成分BECにおけるSkyrmionの衝突ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 金田知也, 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 励起子ポラリトン超流動体におけるコヒーレント・インコヒーレントポンプを組み合わせた量子渦対生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金子聡史, 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] スピノールBECのマグノン分散関係に対する磁気双極子相互作用の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹、國見昌哉
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋期大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 強磁性spinorガスにおける1マグノン励起の上限 (2015)
  • 著者名/発表者名: 國見昌哉、斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋期大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 多成分ボース・アインシュタイン凝縮体間の衝突と振動の緩和 (2015)
  • 著者名/発表者名: 衞藤雄二郎, 高橋雅裕, 岡田涼太郎, 鍋田慧太, 國見昌哉, 斎藤弘樹, 平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋期大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Magnon excitations in spinor cold atomic gases (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kunimi and Hiroki Saito
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Coherent control and observation of spin dynamics in Bose-Einstein condensates of 87Rb atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Eto, H. Saito, T. Hirano
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Suppression of relative current by spin domain formation in immiscible Bose-Einstein condensates (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Okada, H. Tokita, M. Kunimi, K. Nabeta, Y. Eto, H. Saito, T. Hirano
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Collision-induced dynamics in multi-component Bose-Einstein condensates (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nabeta, Y. Eto, M. Takahashi, R. Okada, H. Tokita, M. Kunimi, H. Saito, T. Hirano
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Magnon Excitations in Spinor Cold Atomic Gases (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kunimi and Hiroki Saito
  • 学会等名: The international symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2015
  • 発表場所: Niagara Falls, NY, USA
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] 二成分ボース・アインシュタイン凝縮体におけるスピンドメインの安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鴇田、國見、岡田、鍋田、衛藤、斎藤、平野
  • 学会等名: 日本物理学会第７０会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] スピノールBECにおける磁性相間の量子渦対の透過 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金田知也、斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会第７０会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] トンネリングによる引力BEC崩壊の量子多体ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会第７０会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] スピノールBECの磁気双極子相互作用による空間構造形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 衛藤雄二郎、斎藤弘樹、平野琢也
  • 学会等名: 日本物理学会２０１４年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] 励起子ポラリトン超流動体における量子渦 (2014)
  • 著者名/発表者名: 斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会２０１４年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] 障害物後方への量子渦生成における双安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 門倉強、吉田隼、斎藤弘樹
  • 学会等名: 日本物理学会２０１４年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] Order-disorder oscillations in an exciton-polariton superfluid (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Saito, Tomohiko Aioi, and Tsuyoshi Kadokura
  • 学会等名: The 7th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems
  • 発表場所: 箱根
  • 年月日: 2014-04-23