スピン自由度を持ったボース・アインシュタイン凝縮体の研究

具有自旋自由度的玻色-爱因斯坦凝聚体的研究

基本信息

批准号：
04J00648
负责人：
川口由紀
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2005)Kyoto University (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

磁気双極子-双曲子相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体(ダイポールBEC)の研究を行った。近年実現されたCr原子のBECでは、従来のアルカリ原子のBECに比べて双極子相互作用エネルギーが36倍と大きく、双極子相互作用の影響を受けたBECの物性が観測されている。このBECは相互作用が長距離的、異方的という点で従来のBECと異なり、新しい物性が期待されている。しかし、既存の理論研究では、スピン偏極した状態を扱ったものがほとんどであった。我々は、双極子-双極子相互作用が原子スピン角運動量とBECの軌道角運動量を結合させることに注目し、スピン自由度を持ったダイポールBECの研究を行った。実験的には外部磁場を数mG程度に設定すればよい。双極子相互作用があると、従来のBECの大きな制約であったスピン保存則は成り立たず、スピンから軌道へと角運動量の移行が起こる。我々は、ダイポールBECの秩序変数の一般的な性質について議論し、スピン偏極したBECから自発的に量子渦が形成されることを示した。この現象は強磁性体におけるアインシュタイン-ド・ハース効果に対応している。ダイポールBECにおけるアインシュタイン-ド・ハース効果は、原子ガスの作るダイポール場によって、原子スピンがコヒーレントに歳差運動するために起こる。従ってスピン状態間の遷移は、ダイポール場と外部磁場の相対比に大きく依存する。また相互作用が長距離的、異方的であることからBECの形状によっても影響を受けることがわかった。

我们研究了具有磁偶极-双曲线相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚态（偶极 BEC）。在最近实现的Cr原子BEC中，偶极相互作用能比传统碱原子BEC大36倍，并且观察到BEC的物理性质受偶极相互作用的影响。这种BEC与传统BEC的不同之处在于，相互作用是长程且各向异性的，并且有望获得新的物理性质。然而，大多数现有的理论研究都涉及自旋极化态。我们重点研究了 BEC 的原子自旋角动量和轨道角动量耦合的偶极-偶极相互作用，并研究了具有自旋自由度的偶极 BEC。实验上，外部磁场可以设置为大约几毫克。当存在偶极子相互作用时，作为传统 BEC 的主要约束的自旋守恒定律不再成立，角动量从自旋转移到轨道。我们讨论了偶极子 BEC 中序参数的一般性质，并表明量子涡旋是由自旋极化 BEC 自发形成的。这种现象对应于铁磁体中的爱因斯坦-哈斯效应。偶极 BEC 中的爱因斯坦-德哈斯效应的发生是因为原子气体产生的偶极场导致原子自旋相干进动。因此，自旋态之间的转变很大程度上取决于偶极子场和外部磁场的相对比。此外，由于相互作用是长程且各向异性的，因此发现它也受到BEC形状的影响。