[論文レビュー] Condensed Matter Physics with Cold Polar Molecules

Guido Pupillo, A. Micheli+2 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 126被引用数 14

ひとこと要約

本論文では、超低温極性分子のドロープモーメントを制御するために外部の電場およびマイクロ波場を用いる手法を提案し、多体ハミルトニアンの正確な設計を可能にする。分子間相互作用を調整することで、強い相関系における新しい量子相の実現が可能となり、非代替的なプラットフォームを提供する。

ABSTRACT

In this review chapter we focus on the many-body dynamics of cold polar molecules in the strongly interacting regime. In particular, we discuss a toolbox for engineering many-body Hamiltonians based on the manipulation of the electric dipole moments of the molecules, and thus of molecular interactions, using external static and microwave fields. This forms the basis for the realization of novel quantum phases in these systems.

研究の動機と目的

• 外部場を用いて超低温極性分子における調整可能な多体ハミルトニアンを設計するためのツールキットを開発すること。
• 強い相互作用を示す量子系において、非代替的量子相を実現する課題に取り組むこと。
• 静的およびマイクロ波場を用いて分子のドロープモーメントと相互作用を制御すること。
• 冷たい分子プラットフォームにおける複雑な量子現象のシミュレーションのためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• 極性分子のドロープモーメントの整列と制御に、外部の静的電場を用いる。
• マイクロ波場を用いて分子内部状態を共鳴的に操作し、ドロープ-ドロープ相互作用を誘発する。
• ドロープ-ドロープ相互作用の強さと異方性を調整することで、有効な多体ハミルトニアンを設計する。
• ドロープ-ドロープ相互作用の長距離性と調整可能性を活かし、従来の系では到達できない量子相を実現する。
• 最先端のトラップおよび冷却技術を用いて、分子を量子縮退状態に準備する。
• 場の制御と量子シミュレーションプロトコルを組み合わせ、顕在する多体現象を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部場をどのようにして冷たい極性分子のドロープモーメントを制御し、それらの相互作用を調整できるか？
• RQ2 超低温分子における場調整ドロープ-ドロープ相互作用によって、どのような多体ハミルトニアンを設計できるか？
• RQ3 場制御下の強い相互作用を示すドロープ系から、どのような新しい量子相が出現するか？
• RQ4 静的場とマイクロ波場の相互作用が、分子状態と相互作用の共鳴的制御をどのように可能にするか？
• RQ5 これらの系において、非代替的量子相が安定化される条件は何か？

主な発見

• 外部電場およびマイクロ波場により、分子のドロープモーメントとその相互作用を正確に制御可能である。
• 調整可能なドロープ-ドロープ相互作用により、超低温分子における多様な多体ハミルトニアンを設計可能である。
• このアプローチにより、等方的または短距離相互作用を持つ系では到達できない新しい量子相の実現が可能である。
• 場制御は、長距離相互作用を有する強い相関量子系をシミュレートするための包括的プラットフォームを提供する。
• この手法により、分子状態の共鳴的制御が可能となり、複雑な多体現象の量子シミュレーションが促進される。
• フレームワークにより、ドロープ結晶、超固体、トポロジカル状態などの量子相を、超低温分子ガスで探索する道筋が提供される。