2015 Fiscal Year Annual Research Report
冷却原子系における人工ゲージ場が生み出すトポロジカルな非平衡量子現象
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14J01328
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中川 大也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 冷却原子気体 / 強相関系 / 近藤効果 / トポロジカル相 / 人工ゲージ場 / 非平衡量子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
冷却原子系においては、光と原子の相互作用を利用することで量子状態をさまざまに制御することが可能であり、また原子間の強い相互作用が非自明な多体効果を生み出す。本研究では、光と原子系が結合することによる人工ゲージ場などの量子現象によって冷却原子系特有のトポロジカル相を作り出すセットアップを提案し、またそれらへの強相関効果を明らかにすることを目標に研究を行っている。本年度は、前年度に提案したレーザー誘起近藤効果のより詳しい解析を進め論文にまとめると共に、そのセットアップを応用することによって冷却アルカリ土類原子系における強相関トポロジカル相の実現提案を行った。
具体的には、前年度の解析に加えて最近実験的に観測された軌道間の強磁性交換相互作用の効果を取り入れた解析を行った。レーザーの偏光自由度が原子のスピン自由度と結合するため、近藤結合に非自明な異方性が現れ、その結果として強磁性交換相互作用は近藤効果と競合することなく、確かにレーザーで近藤効果を誘起できることが分かった。以上の結果を含めてレーザー誘起近藤効果の理論提案を論文にまとめ、出版した。
また、このレーザー誘起近藤効果のセットアップと、上述の強磁性交換相互作用を応用することによって、冷却アルカリ土類原子系において強相関トポロジカル相の典型例であるHaldane相を実現・制御し、さらにレーザーによって対称性に保護されたトポロジカル相転移を誘起できることを明らかにした。この結果について2回の国内研究会と1回の国際学会で発表し、また2月に行われた国内研究会において招待講演を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、前年度に行った解析をより進めることによって、冷却アルカリ土類型原子系を使ったレーザー誘起近藤効果を実験的にも実現性の高い形で提案することができた。この結果を論文として出版することができたほか、このセットアップを拡張することによって冷却原子系を用いて強相関トポロジカル相（SPT相）を実現するための方法を見出すことができた。この、近藤格子系を用いたSPT相は、一次元トポロジカル相の典型例であるHaldane相への電荷自由度の効果を調べるための恰好のセットアップになっている。冷却原子系特有の特性や自由度を用いることによって強相関トポロジカル相とその間の相転移を実現するセットアップを提案し、その性質を明らかにできたことは大きな成果だと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次の2つの方向性で研究を進めようと考えている。ひとつには、これまでに提案してきたレーザー誘起近藤効果のセットアップを押し進め、冷却原子系特有の近藤効果の性質を解析し、近藤効果の持つ性質をより広い視点から明らかにしたい。特に、光の偏光自由度の効果や、冷却原子系特有の事情である相互作用の制御性に注目した強結合効果の解析を考えている。また、前年度までに培った強相関トポロジカル相の知見を別の系にも広げ、冷却原子系を用いたSPT相・トポロジカル秩序の実現提案を行いたい。特に、最近の実験で実現されたトポロジカルポンプの実験に着目することを考えている。
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