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BCS-BECクロスオーバー領域におけるフェルミ超流体の熱力学と超流動物性

公募研究

研究領域実験と観測で解き明かす中性子星の核物質
研究課題/領域番号 25105511
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大橋 洋士  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60272134)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードフェルミ原子気体 / BCS-BECクロスオーバー / 擬ギャップ / スピン帯磁率 / 比熱 / スピンギャップ / 圧縮率
研究実績の概要

本年度は、前年度構築した、正常相におけるフェルミ原子気体のスピン帯磁率に対する「拡張されたT行列理論」を、超流動転移温度以下の領域に拡張、BCS-BECクロスオーバー全領域の超流動相におけるこの物理量の振る舞いを明らかにした。BCS-BECクロスオーバー領域の正常相では、クーパー対分子の形成に伴ってスピン帯磁率が抑制されるが、超流動転移温度以下では、逆に超流動揺らぎに伴うクーパー対の解離により、スピン帯磁率の抑制が緩和されることを示した。また、その温度変化の詳細な解析により、そうした効果が見られる温度領域の特定を行った。
本年度は更に、比熱に対する強結合補正も研究した。ユニタリ極限近傍では、強い超流動揺らぎにより、超流動転移温度近傍の比熱が非常にエンハンスされることを、ガウス揺らぎの理論に基づいて数値的に明らかにした。また、超流動転移温度以上での比熱の温度変化の解析から、理想分子ボーズ気体とみなせる領域を特定することに成功、これまで知られていた擬ギャップ温度に加え、分子ボーズ気体の領域と、フェルミ原子と分子ボソンが共存する領域を分ける新しい「特徴的温度」が存在することを見出した。
また、これまでの3次元系に対する理論を2次元フェルミ原子気体に適用できるように拡張、近年観測が報告されたBKT転移を研究した。強結合T行列理論の枠組みで、重心運動量ゼロのクーパー対分子数の温度依存性をBKT転移温度以上で計算、BKT転移の実験的根拠とされたこの物理量の増大が、BKT転移を仮定しなくても強い超流動揺らぎだけで説明できることを明らかにした。この結果に基づき、実験は必ずしもBKT転移を観測したとは断定できないことを指摘した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (28件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Heteropairing and component-dependent pseudogap phenomena in an ultracold Fermi gas with different species with different masses2014

    • 著者名/発表者名
      R. Hanai, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 90 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.90.043622

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Green’s-function formalism for a condensed Bose gas consistent with infrared-divergent longitudinal susceptibility and Nepomnyashchii-Nepomnyashchii identity2014

    • 著者名/発表者名
      S. Watabe, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 90 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.90.013603

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-gap phenomenon in a strongly interacting ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tajima, R. Hanai, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Series

      巻: 568 号: 1 ページ: 012019-012019

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/1/012019

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hetero-pairing and pseudogap phenomena in an ultracold Fermi gas with mass imbalance2014

    • 著者名/発表者名
      R. Hanai, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Series

      巻: 568 号: 1 ページ: 012004-012004

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/1/012004

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pseudogap phenomena in a two-dimensional ultracold Fermi gas near the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition2014

    • 著者名/発表者名
      M. Matsumoto, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Series

      巻: 568 号: 1 ページ: 012012-012012

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/1/012012

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pseudogap phenomenon and effects of population imbalanace in the normal state of a unitary Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      T,Kashimura, R.Watanabe, Y.Ohashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 89 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.89.013618

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uniform spin susceptibility and spin-gap phenomenon in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      H.Tajima, T.Kashimura, R.Hanai, R.Watanabe, Y.Ohashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 89 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.89.033617

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-gap temperature in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      H.Tajima, T.Kashimura, R.Hanai, R.Watanabe, Y.Ohashi
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 1

    • DOI

      10.7566/jpscp.1.012096

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unconventional triplet pairing and effects of Fermi surface deformation in a gas of polarized dipolar Fermi molecules2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Endo,D.Inotani,Y.Ohashi
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 1

    • DOI

      10.7566/jpscp.1.012095

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] フェルミ原子気体のBCS-BECクロスオーバー領域における粘性率2015

    • 著者名/発表者名
      鏡原大地、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京都・新宿区)
    • 年月日
      2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 2次元Fermi原子ガスのBKT転移近傍における強結合効果2015

    • 著者名/発表者名
      松本杜青、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京都・新宿区)
    • 年月日
      2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] フェルミ原子気体超流動のスピン帯磁率に現れる超流動秩序と対破壊揺らぎの競合Ⅱ2015

    • 著者名/発表者名
      田島裕之、花井亮、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京都・新宿区)
    • 年月日
      2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Specific Heat and Effects of Pairing Fluctuations in an ultracold Fermi gas in the BCS-BEC crossover region2015

    • 著者名/発表者名
      Pieter van Wyk, Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      早稲田大学 (東京都・新宿区)
    • 年月日
      2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] フェルミ原子気体のBCS-BEC クロスオーバー領域における比熱2015

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士, Pieter van Wyk
    • 学会等名
      新学術領域「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」研究会
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所 (京都府・京都市)
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Hetero-pairing and pseudogap phenomenon in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas with mass imbalance2014

    • 著者名/発表者名
      Yoji Ohashi, and Ryo Hanai
    • 学会等名
      International workshop on "Probing and Understanding of exotic superconductivity and superfluids"
    • 発表場所
      Trieste (Italy)
    • 年月日
      2014-10-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フェルミ原子ガス超流動のBCS-BEC クロスオーバー領域における超流動秩序と超流動揺らぎの競合2014

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士, 田島祐之, 花井亮, Pieter van Wyk
    • 学会等名
      新学術領域「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」研究会
    • 発表場所
      熱川温泉、熱川ハイツ (静岡県・賀茂郡)
    • 年月日
      2014-09-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] フェルミ原子気体超流動のスピン帯磁率に現れる超流動秩序と対破壊揺らぎの競合2014

    • 著者名/発表者名
      田島祐之、花井亮、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県・春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Strong-coupling corrections to the specific heat of an ultracold Fermi gas in the BCS-BEC crossover region2014

    • 著者名/発表者名
      Pieter van Wyk, Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県・春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 6Li-40K混合系におけるヘテロクーパー対形成と強結合補正2014

    • 著者名/発表者名
      花井亮、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県・春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 2次元フェルミ原子ガスのBKT転移と励起スペクトル2014

    • 著者名/発表者名
      松本杜青、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学 (愛知県・春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 強結合フェルミ超流動体のスピン帯磁率における超流動揺らぎと秩序の競合現象2014

    • 著者名/発表者名
      田島裕之、大橋洋士
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用
    • 発表場所
      理化学研究所 (埼玉県・和光市)
    • 年月日
      2014-09-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 流入と散逸のあるフェルミ粒子系における非平衡強結合効果2014

    • 著者名/発表者名
      花井亮、大橋洋士
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用
    • 発表場所
      理化学研究所 (埼玉県・和光市)
    • 年月日
      2014-09-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Specific heat and strong-coupling effects in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      Pieter van Wyk, Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用
    • 発表場所
      理化学研究所 (埼玉県・和光市)
    • 年月日
      2014-09-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Pseudogap phenomena in a two-dimensional ultracold Fermi gas near the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition2014

    • 著者名/発表者名
      Morio Matsumoto, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
    • 発表場所
      Buenos Aires (Argentina)
    • 年月日
      2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Hetero-pairing and pseudogap phenomena in an ultracold Fermi gas with mass imbalance2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
    • 発表場所
      Buenos Aires (Argentina)
    • 年月日
      2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Spin gap phenomenon in a strongly interacting ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
    • 発表場所
      Buenos Aires (Argentina)
    • 年月日
      2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Spin-gap phenomena and pseudogap effects in a strongly interacting ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      Yoji Ohashi, and Hiroyuki Tajima
    • 学会等名
      International Workshop, "Intersection of cold-atomic and nuclear physics"
    • 発表場所
      Pohang (Korea)
    • 年月日
      2014-05-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetic excitations and spin-gap phenomenon in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Takashi Kashimura, Ryo Hanai, Ryota Watanabe, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Denver, Colorado, US
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Collective properties of two-dimensional Dirac electron system with a superconducting pairing interaction2014

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Inotani, Yoji Ohashi, Susumu Okada
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Denver, Colorado, US
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 2次元ディラック電子系における超伝導状態での集団励起II2014

    • 著者名/発表者名
      猪谷太輔,大橋洋士、岡田晋
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東海大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Unconventional triplet pairing and effects of Fermi surface deformation in a gas of polarized dipolar Fermi molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Endo, Daisuke Inotani, Yoji Ohashi
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
    • 発表場所
      International conference hall, Makuhari Messe, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Spin gap temperature in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Takashi Kashimura, Ryo Hanai, Ryota Watanabe, Yoji Ohashi
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
    • 発表場所
      International conference hall, Makuhari Messe, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Superfluid theory of a gas of polarized dipolar Fermi molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Endo, Daisuke Inotani, Yoji Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2013)
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Spin Susceptibility and Strong Coupling Effects in an Ultracold Fermi Gas2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, Ryota Watanabe, Yoji Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2013)
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] BCS-BECクロスオーバー領域におけるフェルミ超流体の熱力学と超流動物性2013

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士
    • 学会等名
      新学術領域「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質(中性子核物質)」公募研究交流会
    • 発表場所
      東北大学理学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 冷却フェルミ原子ガスのBCS-BECクロスオーバーにおけるスピンギャップ現象の解析2013

    • 著者名/発表者名
      田島祐之、花井亮、渡邉亮太、大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 2次元ディラック電子系における超伝導状態での集団励起2013

    • 著者名/発表者名
      猪谷太輔,大橋洋士、岡田晋
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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