[論文レビュー] Data for "Unconventional pairing in few-fermion systems tuned by external confinement"

Jacek Dobrzyniecki, Giuliano Orso+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2021

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 65被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、スピン選択的ポテンシャルバリアを用いることで、少数フェルミオン1次元系において有限運動量を有するコープァー対を形成する、非従来型の超流動相—具体的にはFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO)様の状態—を誘導するメカニズムを提案する。バリアの高さと幅を調整することにより、全スピン分布を変えずにBCS様とFFLO様のペアリング状態の間を切り替えることができ、ペアリング状態はノイズ相関関数を用いて検出可能である。主な貢献は、外部の閉じ込めによって制御可能な、特異なペアリングを少数体系で実現した点であり、現在の超冷却原子実験で実現可能である。

ABSTRACT

This upload includes data shown in Figures 1-7 and in Table I of the paper "Unconventional pairing in few-fermion systems tuned by external confinement", arXiv:2105.12519, doi:10.1103/PhysRevResearch.3.043105. Also included are gnuplot scripts to recreate the figures.

研究の動機と目的

• 強い相互作用を有する少数フェルミオン1次元系における非従来型超流動相の調査。
• 外部の閉じ込め—特にスピン依存のポテンシャルバリア—が、全スピン分布を変えずにペアリング対称性をチューニングできるかの探求。
• 有限運動量を有するコープァー対のような特異なペアリングの実験的に観測可能な兆候の同定。
• 理論的予測を、現在の超冷却原子実験におけるノイズ相関測定と結びつけること。

提案手法

• ボックストラップ内に強い接触相互作用を有する少数スピン1/2フェルミオン1次元系を、中心部にスピン選択的ポテンシャルバリアを導入してモデル化。
• バリアパラメータ（高さと幅）を変化させた場合の系の基底状態を、正確対角化法を用いて計算。
• ノイズ相関分布から導出される2体相関関数を分析し、有限運動量ペアリングを検出。
• バリアパラメータの関数としてコープァー対の重心運動量を計算し、BCS様とFFLO様の状態を区別。
• ゼーマン型場に類似した空間的に非一様なスピン依存外部ポテンシャルを有する第二量子化ハミルトニアンを用いて、効果をシミュレート。
• 既知の少数体物理学および熱力学的極限における既知のFFLO行動と比較することで、結果の妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全スピン状態のフェルミオン数を変えずに、スピン選択的ポテンシャルバリアがBCS様とFFLO様のペアリング状態の間の遷移を誘導できるか？
• RQ2 ポテンシャルバリアの高さと幅が、コープァー対の重心運動量にどのように依存するか？
• RQ3 ノイズ相関測定を用いて、FFLO様状態を常態BCSペアリングから実験的に区別できるか？
• RQ4 特に奇数と偶数の粒子数が、局在的ポテンシャルバリアの存在下でペアリング対称性に果たす役割は何か？

主な発見

• ポテンシャルバリアの高さが増加するに従い、系は重心運動量がゼロのBCS様ペアリングから、非ゼロの重心運動量を有するFFLO様ペアリングへと遷移する。
• 有限運動量ペアリングは、小さな系に対しても安定しており、ノイズ相関関数に明確な特徴があり、従来のペアリングとは明確に区別できる。
• バリアに影響を受けるスピン成分に奇数個のフェルミオンが存在する場合、バリア中心に局在化した未ペアリングフェルミオンの存在により、特異なペアリング構造を示す。
• バリアの幅と高さを調整することで、コープァー対の重心運動量を連続的にチューニング可能であり、ペアリング機構の制御が可能となる。
• 提案されたメカニズムは、現在の超冷却原子実験で実現可能であり、レーザー光ポテンシャルを用いてバリアを設計可能である。
• ノイズ相関関数は、有限運動量ペアリングの存在を直接実験的に探査するための有効な手段であり、少数体系におけるFFLO様状態の検出に実用的なルートを提供する。