| 研究課題/領域番号 |
17J00717
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
坂本 良平 首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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| キーワード | 冷却原子系 / スピン軌道相互作用 / スピン流 / 人工ゲージ場 / ボーズ・フェルミ混合原子系 / フェルミ原子系 |
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| 研究実績の概要 |
極低温まで冷却した原子集団にレーザーと磁場を作用させることで人工的なゲージ場を原子系に誘起することが可能である。この人工ゲージ場を持つ原子系に異なる種類の原子を混合させたときの効果についての解析を行っている。特に，原子の内部自由度(スピン)と運動量を結合させることによって人工的に誘起したスピン軌道相互作用を持つボーズ原子系とフェルミ原子を混合したときの影響について解析を行った。また同様のボーズ・フェルミ混合原子系と単種フェルミ原子系で，異なるスピンを持つフェルミ原子の逆方向の流れとして定義されるスピン流についての解析を行った。
スピン軌道相互作用が作用したボーズ原子系では外部パラメータを制御することによって磁化が空間的に周期的になることが知られている。この周期的な磁化構造は，この系にフェルミ原子を導入したときにスピン流を生じさせるために必要なものであるため，我々はまずフェルミ原子を加えてもボーズ原子の周期的磁化構造が保持されるパラメータ領域について明らかにした。また，明らかにしたパラメータ領域において誘起されるフェルミ原子のスピン流について解析することで，実験的に制御可能であると期待できるパラメータの依存性を調べ，スピン流の制御可能性について明らかにした。これらの研究成果は日本物理学会の秋季大会とスウェーデンで行われた国際会議LT28にて発表を行い，多くの研究者に発信するとともに議論を行った。
さらに，単種の原子系でなくてもスピン軌道相互作用が作用していればスピン流が誘起されることに着目し，スピン軌道相互作用を持つフェルミ原子系単体で誘起されるスピン流についても外部パラメータによる制御可能性を明らかにし，日本物理学会の第73回年次大会で研究成果の発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
スピン軌道相互作用を持つボーズ原子系にフェルミ原子を加えたときの基底状態に対する影響を明らかにし，一部のパラメータ領域における相図を得ることができた。また，同様のパラメータ領域において誘起されるフェルミ原子のスピン流について解析した。特に，実験的に制御可能であると期待できるパラメータ依存性を明らかにすることで，スピン流の制御可能性を明らかにすることができた。当初の目的であるボーズ原子系の安定性はまだ得られていないが，予定より早くスピン流を解析することができたことを考慮するとおおむね順調に進展していると考えられる。
また，以上の研究成果に加えて，混合原子系だけでなくスピン軌道相互作用を持つフェルミ原子系においてもスピン流の誘起・制御が期待できることを示すことができ，外部パラメータによる制御可能性を明らかにすることができた。以上のことから，予想以上の進展があったといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
混合原子系，及び単種の原子系で誘起されるスピン流について解析することができたので，今後はより実験的なことを考慮するためにトラップの影響やスピン流の観測方法についても考察する。また，原子をトラップする方法として調和型トラップの他に周期的なトラップやリング状のトラップなども実験的に実現されているので，これらのトラップがスピン流にどのような影響を与えるかについての解析も行う。
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