冷却フェルミ原子気体に対する量子気体顕微鏡を利用したｄ波超伝導状態の実現

使用量子气体显微镜实现冷却费米原子气体中的 d 波超导

• 批准号: 16F16029
• 负责人: 上妻 幹旺
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16029/
• 关键词: 量子気体顕微鏡; 量子シミュレーション; イッテルビウム; 光格子; d波超伝導; 冷却原子; ボース凝縮; フェルミ縮退

本研究は、2次元正方光格子中に捕捉された冷却フェルミ原子気体を対象として、ｄ波超伝導状態を実現することを目的としていた。d波超伝導状態を実現するためには、超交換相互作用で特徴付けられるNeel温度に比べ、原子気体の温度を桁で下げる必要がある。具体的にはnKあるいはpKといった極低温が要求される。光格子中で発現する量子相の中には、エントロピーが空間的な分布をもつMott絶縁体相と呼ばれるものがある。高いエントロピーをもつ原子を選択的に排除した後、系を熱平衡化すれば、上記したような極限的な冷却が原理的には可能となる。本研究では、光格子中の原子をサイト分解して観測できる「量子気体顕微鏡」を使って、Mott絶縁体相を観測するとともに、高いエントロピーを有する原子を選択的に排除することを計画した。研究を開始した当初、我々は光格子中に捕捉されたイッテルビウム（Yb）原子を、サイト分解して観測することには成功していたが、強相関物性現象を誘起し、これを顕微観測するには至っていなかった。2年間の研究期間を通し、我々は174Yb（ボソン）を対象としてMott絶縁体相を誘起し、その特徴的な空間構造であるMott shellを量子気体顕微鏡を用いて捉えることに世界で初めて成功した。さらに173Yb（フェルミオン）をT/TF～0.15程度のフェルミ縮退領域にまで冷却し（Tは系の温度、TFはフェルミ温度）、これを光格子中に導入することで、同じくMott絶縁体相を誘起し、Mott shellを観測することに成功した。上記した成果は目的とするd波超伝導相を発現・観測する上で重要なマイルストーンとなるものである。

は this study, two dimensional square lattice light in に capture さ れ た cooling フ ェ ル ミ atomic 気 body を like と seaborne し て, d wave super 伝 guide state を be presently す る こ と を purpose と し て い た. D wave super 伝 guide state を be presently す る た め に は, superexchange interactions で 徴 pay け ら れ る Neel temperature に than べ, atomic 気 の body temperature を girder under で げ る necessary が あ る. The specific requirements for に, ある, ある, pK, と, った and extremely low temperature が are される. Optical lattice で 発 now す る quantum phase の に は, エ ン ト ロ ピ ー が space distribution of な を も つ Mott never try body phase と shout ば れ る も の が あ る. High い エ ン ト ロ ピ ー を も つ atomic を sentaku に exclude し た, department を thermal equilibrium after す れ ば, written し た よ う な な が cooling principle of limit of に は may と な る. の atoms in this study で は, light grid を サ イ ト decomposition し て 観 measuring で き る "quantum 気 body 顕 micro mirror" を make っ て, Mott never try phase を 観 measuring す る と と も に, high い エ ン ト ロ ピ ー を have す る atomic を sentaku に exclude す る こ と を project し た. Research を began し た at the beginning, I 々 は optical lattice に capture さ れ た イ ッ テ ル ビ ウ ム (Yb) atomic を, サ イ ト decomposition し て 観 measuring す る こ と に は successful し て い た が, strong phase masato phenomenon を properties induced し, こ れ を 顕 micro 観 measuring す る に は to っ て い な か っ た. の を tong し during the study period, 2 years I 々 は 174 yb (ボ ソ ン) を like と seaborne し て Mott never try body phase を induced し, そ の 徴 な space structures で あ る Mott shell を quantum 気 body 顕 micromirror を with い て catch え る こ と に め the early で て successful し た. さ ら に 173 yb (フ ェ ル ミ オ ン) を T/TF ~ 0.15 degree の フ ェ ル ミ retreat areas に ま で cooling し (T は の temperature, TF は フ ェ ル ミ temperature), こ れ を optical lattice に import す る こ と で, with じ く Mott never try body phase を induced し, Mott shell を 観 measuring す る こ と に successful し た. Written し は た achievements と す る super 伝 d wave guide phase を 発 now, 観 す measurement る で important な マ イ ル ス ト ー ン と な る も の で あ る.

项目成果

Laser cooling experiments with Yb, Eu and Rb

Yb、Eu 和 Rb 激光冷却实验

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Miyazawa;Ryotaro Inue;Toshiyuki Hosoya;Keiji Nishida;Takuya Ogata and Mikio Kozuma;Mikio Kozuma
• 通讯作者: Mikio Kozuma

光格子を用いた物性研究

利用光学晶格进行物理性质研究

レーザー冷却の基礎と応用

激光冷却的基础知识和应用

• 发表时间: 2017
• 作者: 宮澤裕貴;多賀俊祐;井上遼太郎;上妻幹旺;上妻幹旺
• 通讯作者: 上妻幹旺

冷却原子を用いた量子シミュレーションと量子慣性センサー

使用冷原子的量子模拟和量子惯性传感器

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuki Miyazawa;Ryotaro Inoue;Keiji Nishida;Toshiyuki Hosoya;Mikio Kozuma;上妻幹旺
• 通讯作者: 上妻幹旺

Laser cooling & atomic species

激光冷却

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Miyazawa;Ryotaro Inue;Toshiyuki Hosoya;Keiji Nishida;Takuya Ogata and Mikio Kozuma;Mikio Kozuma;Yuki Miyazawa;Mikio Kozuma
• 通讯作者: Mikio Kozuma