アンチドット型光格子中における量子気体の非平衡・非定常ダイナミクスの実験的研究

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本課題は、ボース・アインシュタイン凝縮(BEC)した量子気体系に対して、アンチドット型光格子を用いて量子乱流を生成し、様々なパラメタを光学的に制御した下で量子気体の非平衡ダイナミクスの直接的な観測を行うことを最終目的とし、実験的研究を行うものである。本年度は、アンチドット型を含む、相対位相を制御した光格子中におけるボーズ気体という、全く新たな量子多体系に対して、静的性質と当初の目的である非平衡ダイナミクスという両面から幅広くアプローチすることを主題とした。本年度の主な研究結果は、以下のようなものである。1.2次元青方離調光格子中におけるボース気体の相図の確定2次元青方離調光格子の相対位相やポテンシャル障壁の高さを系統的に変えて巨視的コヒーレンスの確認を行い、アンチドット型格子では広い範囲のポテンシャル高さで原子がコヒーレンスを維持することを確認するとともに、ドットが極めて高い場合、非自明な原子の局在化が発生することを初めて明らかにした。2. アンチドット型光格子を振動させることによる散逸過程の観測アンチドット型光格子全体を高速で振動させ、ある臨界速度以上で散逸過程への移行が起こることを明らかにした。さらに臨界速度のドットの高依存性を調べることで、量子渦に起因するアンチドット特有の散逸過程を初めて観測した。これらの成果によりこの新たな系の基礎的な性質が明らかとなるとともに、アンチドット型光格子を用いて量子非平衡現象が生成可能なことを実証することができた。また、これらの成果はアンチドット型光格子が当初想定していた監子非平衡現象の生成に留まらず、多彩な量子現象の舞台となる可能性を示しており、今後の研究の広がりが期待できる。また、本研究の基盤である全光学的BEC生成装置に関しても技術開発を並行して行い、圧縮可能な二重光トラップと呼ばれる新たな手法によるBEC生成に成功した。この二重光トラップを用いると、僅か4,1秒の蒸発冷却で1×106個という、極めて多くの原子を含むBECを生成可能である。これは全光学的手法を用いた^<87>Rb BECでは世界最大であり、単位時間当たりの生成レートでは磁気トラップをも含めた全手法において最速である。