Theoretical study of superfluid ordering process in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas

化学ポテンシャルの値が異なる２つの熱浴と接することで非平衡定常状態になっている２成分フェルミ原子気体の超流動転移を理論的に研究した。この駆動散逸系においては、先行研究により、２つの熱浴の影響で生じたフェルミ原子の運動量分布の2段構造により、熱平衡状態にある金属超伝導分野で議論されているFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）状態の前駆現象と類似の「重心運動量がゼロでない対形成揺らぎ」が低温で増大することが既に知られているが、ガスのような空間的に等方的な系では、この揺らぎに因り、対応するFFLO超流動秩序は完全に破壊されてしまうとされていた。そこで、このFFLO型超流動状態を安定化する方法を探るため、先ず、熱平衡状態の金属超伝導における従来型FFLO状態の安定性を理論的に研究、空間的に等方的な系ではやはり自身の対形成揺らぎに因り長距離秩序は失われるが、結晶格子により系の等方性がない場合は、FFLO状態への相転移が有限温度で起こることをNSR理論を用い明らかにした。次に、本研究が対象とする「非平衡定常状態にある駆動散逸フェルミ原子気体」に研究を進めるため、空間的に等方的なガス系に対する従来の非平衡強結合理論を、系の空間的等方性を３次元光格子により破った状態でも扱えるように拡張した。この理論を用い、FFLO状態への相転移温度を理論的に評価、光格子の導入によりFFLO型の対形成揺らぎが抑制され、FFLO超流動相が実現することを理論的に明らかにした。

化学ポテンシャルの値が異なる２つの熱浴と接することで非平衡定常状態になっている２成分フェルミ原子気体の超流動転移を理論的に研究した。この駆動散逸系においては、先行研究により、２つの熱浴の影響で生じたフェルミ原子の運動量分布の2段構造により、熱平衡状態にある金属超伝導分野で議論されているFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）状態の前駆現象と類似の「重心運動量がゼロでない対形成揺らぎ」が低温で増大することが既に知られているが、ガスのような空間的に等方的な系では、この揺らぎに因り、対応するFFLO超流動秩序は完全に破壊されてしまうとされていた。そこで、このFFLO型超流動状態を安定化する方法を探るため、先ず、熱平衡状態の金属超伝導における従来型FFLO状態の安定性を理論的に研究、空間的に等方的な系ではやはり自身の対形成揺らぎに因り長距離秩序は失われるが、結晶格子により系の等方性がない場合は、FFLO状態への相転移が有限温度で起こることをNSR理論を用い明らかにした。次に、本研究が対象とする「非平衡定常状態にある駆動散逸フェルミ原子気体」に研究を進めるため、空間的に等方的なガス系に対する従来の非平衡強結合理論を、系の空間的等方性を３次元光格子により破った状態でも扱えるように拡張した。この理論を用い、FFLO状態への相転移温度を理論的に評価、光格子の導入によりFFLO型の対形成揺らぎが抑制され、FFLO超流動相が実現することを理論的に明らかにした。