スピン自由度を持つボース凝縮体の諸物性及び量子渦の研究

自旋自由度玻色凝聚和量子涡旋物理性质研究

• 批准号: 14740251
• 负责人: 桑本 剛
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Gakushuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740251/
• 关键词: ボース・アインシュタイン凝縮; 原子物理学; 光双極子力; レーザー冷却; 超流動; 物質波; 量子渦

昨年度(H14年度)に我々は、2本のレーザービームを直角に交差させる光双極子力トラップ(OT)の開発を行い。^<87>Rb原子のボース・アインシュタィン凝縮体(BEC)をこのトラップに捕獲する事に成功した。本年度は、トラップ用レーザーの強度安定化を行い、トラップ寿命を昨年度に達成した2秒から4秒に伸ばした。次に本研究のテーマである、スピン自由度を持つBECの磁気的性質や、多成分BECのダイナミクスを研究するために、^<87>Rb原子を様々な磁気副準位に遷移させる実験を行った。適当な磁場(20G)を、OT中に捕獲した^<87>Rb BECに印加し、遷移周波数付近の周波数を持ったラジオ波を照射する事で実現した。実験では、微小な外部磁場の変動があっても再現性よく遷移を生じさせるために、ラジオ波を共鳴周波数付近で掃引した。ラジオ波の強度、掃引範囲、掃引時間を適度に調整し、目的の磁気副準位に原子を遷移させる事に成功した。我々の目的である、スピン自由度が2(原子の全角運動量F=2)の^<87>Rb BECの磁気的性質を研究するために、全原子がF=2,m_F=0(ここでm_Fは磁気量子数)にあるBECをOT中に用意し、様々な外部磁場環境下におけるスピン緩和過程を観測した。理論的研究によって、スピン2の^<87>Rb BECは反強磁性的な性質を持つ可能性が高いとされているが、スピン2のBECのみが持つ磁気的特性である、"cyclic state"とよばれるスピン一重項状態が実現される可能性も指摘されている。前述した実験を行うことでスピン2の^<87>Rb BECがどちらの性質を持つかが判別できる。実験及び解析の結果、スピン2の^<87>Rb BECは、反強磁性的な性質を持つ可能性が高い事が判った。この成果は現在、論文として学術雑誌に投稿中である。

去年（H14），我们开发了一种光学偶极力陷阱（OT），它允许两束激光束以直角相交。 ^<87>我们在这个陷阱中成功捕获了 Rb 原子的玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）。今年，我们稳定了陷阱激光的强度，并将陷阱寿命从去年的2秒延长到了4秒。接下来，为了研究具有自旋自由度的BEC的磁特性和多组分BEC的动力学，这是本研究的主题，我们进行了^<87>Rb原子跃迁到各种磁性亚能级的实验。 。这是通过对OT期间捕获的^ 87 Rb BEC施加适当的磁场(20G)并用频率接近跃迁频率的无线电波照射它来实现的。在实验中，无线电波在谐振频率周围扫描，以便即使在外部磁场波动很小的情况下也能产生具有良好再现性的跃迁。通过适当调整无线电波强度、扫描范围和扫描时间，他们能够成功地将原子转变到所需的磁亚能级。我们的目的是研究自旋自由度为2（原子总角动量F=2）的^<87>Rb BEC的磁性，因此所有原子F=2，m_F=0（这里我们准备了一个BEC在OT（其中m_F是磁量子数）中观察了各种外部磁场环境下的自旋弛豫过程。理论研究表明，自旋2^<87>Rb BEC很可能具有反铁磁性，但自旋2BEC也可能具有“循环状态”，这是只有自旋2BEC才具有的磁性。发现可以实现称为自旋单重态的自旋单重态。通过进行上述实验，可以确定自旋2的^ 87 Rb BEC具有哪种性质。实验和分析的结果发现，自旋2^87Rb BEC很可能具有反铁磁特性。该结果目前正在作为论文提交给学术期刊。