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冷却原子気体が示す物性、とくに光格子系における非平衡ダイナミクスの解明に焦点を当てて、理論研究をおこなった。今年度は以下の結果を得た。
・古典流体におけるケルビン-ヘルムホルツ不安定性の理論を拡張し、相分離した2成分ボース-アインシュタイン凝縮体のせん断流不安定性が引き起こす非線形ダイナミクスを理論的に研究した。Gross-Pitaevskii方程式の系統的な数値シミュレーションにより、様々なパターン形成のダイナミクスを明らかにした。また、超流体に拡張して定義されたウェーバー数によって挙動が特徴づけられることを示し、量子流体系に特有の微視的な側面を明らかにすることができた。
・円形の箱型ポテンシャルに捕捉された混合2成分ボース-アインシュタイン凝縮体における2つの量子渦のダイナミクスを、Gross-Pitaevskii方程式の数値解析を用いて研究した。2つの渦が初期に同位置にある場合、成分間の相互作用によって、動的不安定性が生じて渦の分割が起こり、その後はそれぞれの渦の循環に依存して非自明な挙動を示すことを明らかにした。
・外部トラップポテンシャルがある2成分Bose-Hubbard系における量子液滴の動的形成について理論的に研究した。具体的には、二重充填のモット絶縁体に囲まれた中心領域の超流動体は二相間の量子相転移の不連続性により自己束縛され、量子液滴を形成する。我々は、2次元系における時間依存グッツヴィラー方程式のシミュレーションを用いて、トラップポテンシャルの制御により液滴の特徴的な振る舞いを誘発する方法を示した。また、この液滴の静的・動的特性は、6次の非線形性まで考慮した有効ギンツブルグ・ランダウ理論によって定性的に記述できることを示した。
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