Quantum simulation of Kondo effect with two-orbital system

双轨道系统近藤效应的量子模拟

基本信息

批准号：
19J11413
负责人：
小野滉貴
金额：
$ 1.09万
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は2軌道系を用いた近藤効果の量子シミュレーションに関連した研究として、局在原子が誘起するスピン空間における新奇な量子輸送現の研究を行った。スピン空間における量子輸送とは、局在原子との相互作用によって遍歴原子スピンの重ね合わせ状態が反転することを指す。これはメゾスコピック系における量子ポイントコンタクトを介した端子間の輸送と類似性があり、遍歴原子のスピン自由度、局在原子はそれぞれメゾスコピック系における空間自由度（端子）、量子ポイントコンタクトに対応づけることができる。本研究では基底状態1S0、準安定状態3P0にあるイッテルビウム原子がそれぞれ遍歴・局在する光格子系を用いて上記の量子輸送系を実現した。そして国内の理論研究者と共同研究を行うことにより、準定常近似が適用可能な時間領域においてohmicな輸送であることを明らかにし、測定結果から輸送現象における基本的な物理量であるコンダクタンスを得た。数値計算と比較することで、実験結果を定量的に説明することに成功した。また、輸送ダイナミクスの多様な制御手法を確立した。具体的には、(1)原子の電子状態の動的な制御、(2)1S0-3P0原子間のFeshbach共鳴を利用した相互作用制御、(3)Blochベクトルの角度の制御を行い、理論との整合性を確認した。さらに、イッテルビウム原子が持つSU(6)対称性と呼ばれる高いスピン自由度に着目した、一次元3端子系であるY-ジャンクションを実現することに成功した。以上の研究成果に関して国内の研究会で発表を行い、論文としてまとめ、国際学術誌に投稿した。また、冷却原子を用いた近藤効果の研究の第一歩となる1S0-3P0原子間スピン交換ダイナミクスの観測に関する研究についても論文を投稿した。

今年，作为与使用双轨道系统的近藤效应量子模拟相关的研究，我们研究了由局域原子引起的自旋空间中的新型量子输运现象。自旋空间中的量子传输是指由于与定域原子的相互作用而导致的巡回原子自旋的叠加态的反转。这类似于介观系统中通过量子点接触在终端之间进行的传输，并且巡回原子和定域原子的自旋自由度可以分别与介观系统中的空间自由度（终端）和量子点接触相关联。我能做到。在本研究中，我们利用光晶格系统实现了上述量子传输系统，其中基态1S0和亚稳态3P0的镱原子分别是迭代的和定域的。通过与国内理论研究人员的联合研究，我们揭示了欧姆输运在可以应用准稳态近似的时域中是可能的，并从测量结果中获得了输运现象的基本物理量电导。通过与数值计算进行比较，我们成功地定量解释了实验结果。我们还建立了各种运输动力学控制方法。具体来说，我们进行了（1）原子电子状态的动态控制，（2）利用1S0-3P0原子之间的费什巴赫共振进行相互作用控制，以及（3）布洛赫矢量角度的控制，并将其与理论进行了比较。数据的一致性得到了证实。此外，通过关注镱原子的称为SU(6)对称性的高自旋自由度，我们成功实现了Y结，这是一种一维三端系统。上述研究成果在国内课题组进行了展示，并整理成论文，并提交至国际学术期刊。我们还提交了一篇关于1S0-3P0原子间自旋交换动力学观察的论文，这是利用冷原子研究近藤效应的第一步。