[論文レビュー] Long-range interactions and roton minimum softening in a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate

M. A. Khamehchi, Y. Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ラマンドレッシングがスピン軌道結合を誘導するブロッホ状態における集団励起をブラッグ分光法を用いて調査した。ラマン周波数オフセットを低下させると、有限の動量モードの軟化が観測され、これは超固体に類似した相転移の可能性を示唆するが、有限の励起ギャップで軟化が停止し、ラマン周波数オフセットの符号反転に対して対称性を示す。

ABSTRACT

We measure the collective excitation spectrum of a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate using Bragg spectroscopy. The spin-orbit coupling is generated by Raman dressing of atomic hyperfine states. When the Raman detuning is reduced, mode softening at a finite momentum is revealed, which provides insight towards a supersolid-like phase transition. We find that for the parameters of our system, this softening stops at a finite excitation gap and is symmetric under a sign change of the Raman detuning. Finally, using a moving barrier that is swept through the BEC, we also show the effect of the collective excitation on the fluid dynamics.

研究の動機と目的

• 可変なラマンドレッシングを用いたスピン軌道結合ボーズ・アインシュタイン凝縮体の集団励起スペクトルをプローブすること。
• スピン軌道結合系における有限動量でのモード軟化が、超固体に類似した相転移の兆候として現れるかを調査すること。
• 変化するラマン周波数オフセット下での励起ギャップの挙動を特定し、その対称性を評価すること。
• 移動する障害物を用いて集団励起が流体力学的応答に与える影響を検討すること。

提案手法

• スピン軌道結合ボーズ・アインシュタイン凝縮体の集団励起スペクトルを測定するためにブラッグ分光法を用いる。
• 原子ハイパーファイン状態のラマンドレッシングを用いて、可変なラマン周波数オフセットを持つスピン軌道結合を生成する。
• ラマン周波数オフセットを段階的に低下させ、励起スペクトルの変化を観測し、モード軟化を同定する。
• 移動する障害物をボーズ・アインシュタイン凝縮体に通して、集団励起が流体力学的応答に与える影響をプローブする。
• ラマン周波数オフセットの符号反転に対する励起ギャップの対称性を分析する。
• 運動量依存の励起スペクトルを測定し、ロトン最小値の存在と位置を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラマン周波数オフセットを低下させると、スピン軌道結合系ボーズ・アインシュタイン凝縮体に有限動量でのモード軟化が現れるか？
• RQ2 モード軟化の点における励起ギャップの性質は何か？ギャップは閉じるか、有限のままか？
• RQ3 ラマン周波数オフセットの符号反転に対して励起スペクトルはどのように振る舞うか？
• RQ4 移動する障害物によってプローブされた際、集団励起はボーズ・アインシュタイン凝縮体の流体力学的応答にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 観測された軟化は、超固体に類似した相転移の前駆的現象と解釈できるか？

主な発見

• ラマン周波数オフセットを低下させると、集団励起スペクトルに有限動量モードの軟化が観測され、これは超固体に類似した相への不安定性の兆候を示唆する。
• モード軟化は有限の励起ギャップで停止しており、現在のパラメータ条件下では超固体への連続的相転移が起こらないことを示している。
• 励起スペクトルはラマン周波数オフセットの符号反転に対して対称性を示しており、エネルギースペクトルにおける対称的応答を示唆する。
• 励起スペクトルにおけるロトン最小値が有限動量で軟化しており、超固体に類似した相関の始まりと整合的である。
• 移動障害物実験により、集団励起がボーズ・アインシュタイン凝縮体の流体力学的挙動に顕著に影響することが示され、密度励起の生成が観測された。
• 系の応答はギャップを持ち、対称的であるため、研究条件下では臨界点でギャップレスな軟化モードが存在しないことが排除された。