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冷却原子を用いた非平衡孤立量子系の制御と前期熱化の研究

公募研究

研究領域ゆらぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立
研究課題/領域番号 16H00801
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

高須 洋介  京都大学, 理学研究科, 助教 (50456844)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワード量子シミュレーション / 冷却原子 / ボースハバード模型 / 量子多体系 / 非平衡統計力学 / 量子エレクトロニクス
研究実績の概要

ボース凝縮した光格子中イッテルビウム174Yb原子に対して、原子が局在した状態からホッピングを急に可能にしたのちの応答を実験的に探索した。この系は、ボースハバードモデルに相当する。本研究では、光格子の原子に対して、光格子のポテンシャルを急にさげ
ることで、局在した状態から原子が様々に移りまわれるように変化させた。観測量は、飛行時間法を用いた吸収イメージ法による光格子擬運動量分布の測定、および1S0-3P2遷移を用いた高分解能分光などによる原子相関である。観測されたこれらの量の時間発展から
、熱平衡化の過程や、平衡値を実験的に算出した。また、この擬運動量分布、および原子数相関の期待値から、ボースハバードモデルにおけるハミルトニアンの各項のアンサンブル期待値も計算できた。原子のホッピング時間程度での運動エネルギー・相互作用エネル
ギーの再分配を観測することができた、この和はほぼ一定であった。これは、光格子ポテンシャルを下げた後の時間発展において、運動量項と相互作用項の和がエネルギー保存則を満たしていることを示している。また、同時に我々の考えた、飛行時間法を用いた吸収
イメージ法による光格子擬運動量分布の測定、および1S0-3P2遷移を用いた高分解能分光などによる原子相関による方法が正しい観測方法であることも示している。加えて、近距離の非局所的相関の値を測定することに成功した。その測定の結果、原子相関は距離に依存して弾道的に広がっていくことを観測した。特に、1次元系だけでなく、世界に先駆けて2次元でも観測することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 2016 その他

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 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Magnetoassociation of a Feshbach molecule and spin-orbit interaction between the ground and electronically excited states2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Takasu, Y. Fukushima, Y. Nakamura, and Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 96 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreva.96.023602

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Beyond-Born-Oppenheimer effects in sub-kHz-precision photoassociation spectroscopy of ytterbium atoms2017

    • 著者名/発表者名
      Mateusz Borkowski, Alexei A. Buchachenko, Roman Ciurylo, Paul S. Julienne, Hirotaka Yamada, Yuu Kikuchi, Kakeru Takahashi, Yosuke Takasu, and Yoshiro Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physreva.96.063405

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of the Mott insulator to superfluid crossover of a driven-dissipative Bose-Hubbard system2017

    • 著者名/発表者名
      Tomita Takafumi、Nakajima Shuta、Danshita Ippei、Takasu Yosuke、Takahashi Yoshiro
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 3 号: 12

    • DOI

      10.1126/sciadv.1701513

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光格子中原子における非局所原子相関の光円錐的伝搬2018

    • 著者名/発表者名
      高須洋介、八神智哉、 塩津博章、高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 2層正方光格子中の冷却原子気体の研究2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介 福島由章、瀧口賢治、 塩津博章、小沢秀樹、 田家慎太郎、高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Study of Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems using Ultracold Atoms2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介
    • 学会等名
      新学術領域「ゆらぎと構造」第4回領域研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 有限温度ボース・ハバード系の熱力学的量の測定2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介,稲葉謙介,浅賀洋人,福島由章, 中村悠介,山下眞,高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems on Bose Hubbard model2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介,八神智哉,塩津博章、浅賀洋人,福島由章,高橋義朗
    • 学会等名
      Quantum Thermodynamics: Thermalization and Fluctuations
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems on Fermi Hubbard model2017

    • 著者名/発表者名
      八神智哉,高須洋介,塩津博章、浅賀洋人,福島由章,高橋義朗
    • 学会等名
      Quantum Thermodynamics: Thermalization and Fluctuations
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems using Ultracold Atoms2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium (SFS 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光格子中冷却原子の非平衡ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      高須洋介
    • 学会等名
      「ゆらぎと構造」第2回冷却原子研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Study of Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems Using Ultracold Ytterbium Atoms in an Optical Lattice2016

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Takasu
    • 学会等名
      NCTS Annual Meeting 2016: Quantum Simulations and Numerical Studies in Many-Body Systems
    • 発表場所
      台湾
    • 年月日
      2016-12-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study of Non-Equilibrium Dynamics of Isolated Quantum Systems Using Ultracold Atoms2016

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Takasu
    • 学会等名
      Synergy of Fluctuation and Structure : Quest for Universal Laws in Non-Equilibrium Systems: 3rd research area meeting
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2016-06-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      http://yagura.scphys.kyoto-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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