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

冷原子系统中人工规范场产生的拓扑非平衡量子现象

基本信息

批准号：
14J01328
负责人：
中川大也
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、冷却原子系の持つ相互作用の可変性や実時間制御の方法をフルに活用することによって、冷却原子系特有の強相関トポロジカル相を作り出すセットアップを提案し、その性質を明らかにすることを目指している。本年度は、前年度までに行った研究のまとめに加え、冷却原子系の実験的進展を踏まえた新しい方向への研究も並行して行った。まず、前年度までに得られたレーザー誘起近藤効果とそれを用いた1次元強相関トポロジカル相（SPT相）の実現提案について、より詳しい解析を進めた。前年度までに冷却アルカリ土類原子系へのレーザー照射により1次元近藤格子系とそのSPT相が実現されることがわかっていたが、本年度はボソン化とくりこみ群を用いた解析により相図の詳細を決定し、このSPT相を保護している対称性を明らかにした。これらの結果を研究会で発表し、論文へとまとめた。また、新たな方向として、一昨年冷却原子系において初めて実現された現象であるトポロジカルポンプに着目した。この現象は光格子の空間方向と時間方向を2次元系と見なすことによって、整数量子Hall効果のダイナミカルな実現と見なすことができる。この現象を原子間に相互作用のある場合にも拡張することを目的に、分数量子Hall効果などの強相関量子Hall状態に対応するトポロジカルポンプの系統的な構成法を提案した。これにより、分数量子Hall効果のLaughlin状態に対応するトポロジカルポンプは1次元電荷密度波状態によって得られることが分かった。さらに、2次元SPT相の典型例であるボソンの整数量子Hall効果についても同様の方法でトポロジカルポンプを構成し、ボソンの整数量子Hall状態の擬1次元極限は有効的にスピン1反強磁性鎖のHaldane相となることを示した。この結果については国内研究会と国際会議においてそれぞれ招待講演を行い、論文にまとめ、出版した。

这项研究提出了一种设置，该设置通过充分利用冷却原子系统所拥有的相互作用和实时控制方法的可变性，从而创建与冷却原子系统独特的密切相关的拓扑阶段，并旨在阐明其性能。除了总结上一年进行的研究外，今年我们还考虑了冷却原子系统的实验发展，我们还朝着新的方向进行了研究。首先，我们对该提案进行了更详细的分析，以实现前一年获得的激光诱导的近藤效应，并使用它进行了一维强相关的拓扑阶段（SPT阶段）。众所周知，直到上一年，一维链球晶格系统及其SPT阶段将通过激光照射在冷却的碱性地球原子上实现，但是今年，我们通过使用玻体化和重量化组分析来确定相图的细节，并揭示了对这一SPT阶段保护的对称性。这些结果在研究小组中呈现并汇编成论文。此外，作为一个新方向，我们专注于拓扑泵，这是两年前在冷却的原子系统中实现的第一个现象。通过将光学晶格的空间和时间方向视为二维系统，可以将这种现象视为整数量子厅效应的动态实现。为了将这种现象扩展到原子之间存在相互作用的情况下，我们提出了一种系统的方法来构建与强相关的量子霍尔状态（例如分数量子厅效应）的拓扑泵。这表明，与一维电荷密度波状态相对于分数量子厅效应的Laughlin状态的拓扑泵。此外，玻色子的整数量子霍尔效应也是二维SPT相的典型例子，也以类似的方式构建，并且表明，玻色子整数量子霍尔状态的伪一维极限有效地成为了Spin-1抗抗铁磁性链的Haldane相。这些结果被邀请参加国内研究小组和国际会议的讲座，并被汇编成论文并发表。