[論文レビュー] High-Temperature Cooper pairing Between Different Chemical Species

Matt Mackie, Olavi Dannenberg+3 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2003

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、励起ラマン断続的断続過程（STIRAP）を用いて、縮重ボーズ＝フェルミ混合系における原子と分子間の高温コープアー対形成のための新規メカニズムを提案する。残り滓の原子凝縮体を活用してフェルミ粒子間の有効相互作用を強化することで、原子＝分子コープアー対の超伝導転移温度が、現在の実験的実現可能性の限界よりも約1桁低い値に予測され、顕著に高い温度でコープアー対形成の観測が可能になる可能性を示している。

ABSTRACT

We theoretically investigate Raman photoassociation of a degenerate Bose-Fermi mixture of atoms and the subsequent prospect for anomalous (Cooper) pairing between atoms and molecules. Stable fermionic molecules are created via free-bound-bound stimulated Raman adiabatic passage which, in contrast to purely bosonic systems, can occur in spite of collisions. With the leftover atomic condensate to enhance intrafermion interactions, the superfluid transition to atom-molecule Cooper pairs occurs at a temperature that is roughly an order of magnitude below what is currently feasible.

研究の動機と目的

• 超低温量子混合系における異なる化学種（原子と分子）間のコープアー対形成の可能性を検討すること。
• 通常は分子形成を妨げる衝突の存在下でも、安定したフェルミ粒子的分子を形成するという課題に対処すること。
• 原子凝縮体を活用してフェルミ粒子的分子間の有効相互作用を強化し、超伝導転移温度を上昇させること。
• ラマン光吸収によるSTIRAPが、衝突効果にもかかわらずコープアー対を支持する形でフェルミ粒子的分子を形成できることを示すこと。

提案手法

• 原子を分子状態へ一貫して転送するために、励起ラマン断続的断続過程（STIRAP）を用い、フェルミ粒子的分子の高精度形成を実現する。
• 分子生成後に原子成分が凝縮状態に保たれる縮重ボーズ＝フェルミ混合系を用いる。
• 原子凝縮体によって媒介される強化されたフェルミ粒子間相互作用を記述するために、平均場アプローチを用いる。
• 分子成分をフェルミ粒子的種として扱い、原子と分子間のコープアー対をBCS型理論で記述する。
• 強化された相互作用強度と有効対結合ポテンシャルに基づいて、超伝導性の臨界温度を導出する。
• 系内の衝突の役割を検討し、STIRAPが純粋なボーズ的スキームとは異なり、衝突が存在する中でも分子形成を可能にすることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衝突効果が存在する中でも、縮重ボーズ＝フェルミ混合系において安定したフェルミ粒子的分子が形成可能か？
• RQ2 原子凝縮体がフェルミ粒子的分子間の相互作用を強化し、コープアー対形成を促進できるか？
• RQ3 原子＝分子コープアー対系における超伝導性の臨界温度は予測されるか？
• RQ4 ラマン光吸収によるSTIRAPが、衝突効果にもかかわらずコープアー対を支持する形でフェルミ粒子的分子を形成できるか？
• RQ5 現在の実験的限界と比較して、達成可能な超伝導転移温度はどの程度か？

主な発見

• STIRAPのコherentかつ断続的な性質のおかげで、衝突が存在する中でも、縮重ボーズ＝フェルミ混合系において安定したフェルミ粒子的分子が形成される。
• 残り滓の原子凝縮体がフェルミ粒子的分子間の有効相互作用を強化し、対結合相互作用強度が顕著に増加する。
• 原子＝分子コープアー対の超伝導転移温度は、現在の実験的実現水準よりも約1桁低い値に予測される。
• 提案されたメカニズムにより、通常は抑制される可能性がある異なる化学種（原子と分子）間のコープアー対形成が実現可能となる。
• 原子凝縮体によって媒介される強化された相互作用のおかげで、従来の実現可能性を超えるより高い温度で安定した超伝導相が支持される。
• 理論的枠組みにより、ラマン光吸収によるSTIRAPが、混合種超低温量子系における高温コープアー対形成の実現可能性を裏付けている。