田家慎太郎 理学研究科特定助教と高橋義朗 同教授のグループは、レーザー光を組み合わせて作る光格子においてリープ（Lieb）格子と呼ばれる特殊な結晶構造を実現し、そこに極低温の原子気体を導入した系で、物理学の難問である遍歴強磁性の解明に役立つと信じられている「平坦バンド」の性質を観測することに世界で初めて成功しました。
本研究成果は、米国科学雑誌Science Advances（サイエンス・アドバンセズ）に11月20日（米国東部時間）に掲載されました。
研究者からのコメント
冷却原子は、新しく、大変活発に研究されている分野で目まぐるしい進歩を遂げており、世界中で素晴らしい成果が生み出されています。その中に埋もれてしまうことのない、ユニークかつ普遍的な研究を行いたいと考えています。今回の成果はそのような目標への第一歩となるもので、その価値は今後の進展にかかっています。続報にご期待ください。
概要
近年、光格子と呼ばれる人工の結晶をレーザー光で作る技術が確立し、物質が低温で示す特異な性質を極低温の原子気体を使って調べようとする研究が注目を集めています。田家特定助教らの研究グループでは、リープ格子と呼ばれる格子に着目し、光格子系の持つ高い制御性を最大限に生かした量子状態制御を行うことで世界に先駆けた研究が実現しました。
平坦バンドとは、運動エネルギーが運動量によらず一定の値をとるエネルギーバンドのことで、そのバンドにいる粒子の間には相互作用の効果が強く現れることから、超流動と固体の性質を合わせ持つ超固体など、大変興味深い物質の状態が現れることが予想されています。また、「鉄が磁石に引き付けられる」という古くから馴染みのある現象は遍歴強磁性と呼ばれ、今なお完全な理解には至っていない難しい問題の一つです。平坦バンドを持つ結晶格子は遍歴強磁性が発現することが厳密に証明された数少ない例であり、これまでは理論上のモデルとしてのみ研究されてきました。今回の成果は、これらの性質を実験で検証し、現実に存在する遍歴強磁性体のメカニズムを解明する可能性を開いたと言えます。
本研究で用いられた光格子は、非常にシンプルで、従来にない自由度と精度で実験条件を設定可能であり、固体物質における複雑な物理過程の本質を抽出して研究する量子シミュレーターとして機能し、現象のより深い理解に寄与することが期待されます。
平坦バンドの物理
詳しい研究内容について
書誌情報
[DOI] http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1500854
[KURENAIアクセスURL] http://hdl.handle.net/2433/201982
Shintaro Taie, Hideki Ozawa, Tomohiro Ichinose, Takuei Nishio, Shuta Nakajima and Yoshiro Takahashi
"Coherent driving and freezing of bosonic matter wave in an optical Lieb lattice"
Science Advances, Vol. 1 no. 10 e1500854, 20 Nov 2015
