Theoretical study for a dimension-dependent non-equilibrium phenomenon in an ultracold atomic gas

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本年度は(1)反強磁性相互作用を持つ1次元スピノールBose気体における普遍的な緩和ダイナミクスと(2)周期外力場中のスピノールBose気体の理論研究を実施した。研究(1)では、外場を素早く消すクエンチダイナミクスを調べ、その緩和現象がスピン演算子の2次モーメントであるネマティックテンソルにより特徴づけられることを明らかにした。特筆すべき点は、ネマティックテンソルの2点相関関数が動的スケーリングを示し、普遍的な緩和シナリオで重要な非熱的固定点が磁気ソリトンとその束縛状態であるFlemish stringにより誘起されることを明らかにしたところである。これはソリトン由来の非熱的固定点の初めての例である。さらに、過去の実験に対応する有限温度の数値計算を行い、我々の理論予想が実験観測可能であるかを議論した。この成果はPhysical Review Letterで掲載・出版された。また、論文投稿後、上記の実験を行った研究グループと議論を行った。研究(2)では、周期的に時間変化する外場中で発現するスピノールBose気体の新奇な性質を調べた。このような周期駆動場により生み出される新奇物性の探索はフロケエンジニアリングと呼ばれている。我々はフロケエンジニアリングの標準的手法である高周波数展開を用いて、新しい粒子間相互作用を含む有効的なハミルトニアンを導出した。このハミルトニアンに対して平均場近似を行い、新しいスピン秩序を持つtitled broken axisymmetry状態とtilted poler状態が現れることを明らかにした。さらに、Bogoliubov理論を適用して励起スペクトルを解析的に求め、反強磁性相互作用するスピノールBose気体は非自明な準安定状態を持つことを明らかにした。この成果は論文にまとめており、現在査読中である。