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2014 Fiscal Year Annual Research Report

巨大な質量比を持つ冷却異種原子気体を用いた強相関量子多体シミュレータ

Research Project

Project/Area Number 12J01698
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

中島 秀太  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsレーザー冷却 / 冷却原子系 / 光格子 / 量子シミュレータ / 強相関系 / 精密分光 / メゾスコピック系
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、量子縮退が実現されている原子種の中で最も軽いアルカリ原子であるリチウム(Li)と、最も重い原子であるイッテルビウム(Yb)を、個別にあるいは同時に多様な光トラップに導入し、より広範な強相関系の「量子シミュレーション」を実現することである。
本年度はまず、前年度に構築した1次元光超格子系の2波長光格子の相対位相と振幅を動的に制御することで、"電荷ポンプ"と呼ばれる(量子化された)原子の移動現象(ポンピング)を研究した。実験には相互作用が無視できる2成分フェルミオン171Yb原子を用い、ポンピングによる光格子中での原子の移動をCCDカメラ上の吸収像から直接観測した。この"量子化"は、量子ホール効果と同様に「チャーン数」と呼ばれるトポロジカル不変量と直接関係しており、移動量の測定からこのポンピングにおけるチャーン数を評価した。またポンピングの有無が、超格子パラメーターの時間変化の軌跡が特異点を囲むか否かという"トポロジー"の違いで決定されるというRice-Mele模型にもとづく予言を確認するため、実際にトポロジカルに異なる2通りのポンピングサイクルを構築し、この両者のポンプ量に明確な違いがあることを実験で明らかにした。
また後半では、ETH Zurichの量子光学研究室に滞在し、冷却Li原子集団をこの系のフェルミ波長の精度で操作・観測出来る高分解能光学系の技術を習得するとともに、この実験系を利用した冷却Li原子を用いたメゾスコピック系の量子シミュレーションの研究を行なった。特に、デジタルミラーデバイス(DMD)を利用した冷却原子系に対する走査型ゲート顕微法を開発し、光トラップによる"量子ポイントコンタクト"ポテンシャル構造の実空間観測、およびトラップ中の冷却原子の量子コヒーレンスの直接観測に成功した。このDMD技術は今後の冷却原子系への応用が期待できるものである。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2015 2014

All Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Presentation] Topological Charge Pumping in a One-Dimensional Optical Superlattice (仮題)2015

    • Author(s)
      S. Nakajima and Y. Takahashi
    • Organizer
      Synthetic Quantum Magnetism
    • Place of Presentation
      ドイツ, ドレスデン
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-04
    • Invited
  • [Presentation] Scanning Gate Microscopy Technique for Ultracold Atoms (仮題)2015

    • Author(s)
      S. Nakajima, M. Lebrat, S. Hausler, D. Husmann, S. Krinner, J-P. Brantut, and T. Esslinger
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Laser Spectroscopy
    • Place of Presentation
      シンガポール
    • Year and Date
      2015-06-28 – 2015-07-03
  • [Presentation] 光Lieb格子中に導入された冷却イッテルビウムのボース原子系の振舞い2015

    • Author(s)
      一ノ瀬友宏,小沢秀樹,田家慎太郎,中島秀太,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 量子ゼノ効果による3次元光格子中でのYb原子3P2状態の強相関状態の生成2015

    • Author(s)
      富田隆文,中島秀太,高須洋介,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 1次元光超格子上のトポロジカル電荷ポンピングの理論2014

    • Author(s)
      尾崎順一,中島秀太,手塚真樹,川上則雄
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 1次元光超格子系を用いたトポロジカル電荷ポンピングの実験2014

    • Author(s)
      中島秀太,一ノ瀬友宏,富田隆文,小沢秀樹,田家慎太郎,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 光格子に導入された冷却Yb-Li原子混合系の振舞いⅡ2014

    • Author(s)
      小西秀樹,Florian Schaefer,植田信也,中島秀太,高須洋介,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Lieb型光格子中でのイッテルビウム量子気体の高分解能レーザー分光2014

    • Author(s)
      小沢秀樹,田家慎太郎,一ノ瀬友宏,中島秀太,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Topological Charge Pumping in a One-Dimensional Optical Superlattice2014

    • Author(s)
      S. Nakajima, T. Tomita, T. Ichinose, H. Ozawa, S. Taie, and Y. Takahashi
    • Organizer
      Satelite workshop at Osaka University of AQIS 2014
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2014-08-25 – 2014-08-26

URL: 

Published: 2016-06-01  

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