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物理：マグノン束縛状態とそのダイナミクスの微視的観測
Nature 502, 7469 doi: 10.1038/nature12541
一次元量子磁性体に基本スピン波（マグノン）の束縛状態が存在することは、約80年前に予測された。マグノン束縛状態の特徴を確認することは、これまでのところ精力的な理論研究のテーマに留まっており、その検出は実験的に困難であった。極低温原子によって、局所励起の後にそのスピンダイナミクスを単一スピンと単一サイトの分解能で追跡して、そのような束縛状態を見いだす理想的な環境が得られる。今回我々は、in situ相関測定を用いて、光格子中の極低温ボソン原子からなる一次元ハイゼンベルクスピン鎖における2マグノン束縛状態を直接観測した。2個のスピン不純物の時間分解測定を通して、自由マグノン状態と束縛マグノン状態の量子ダイナミクスを観測した。この複合マグノン状態の有効質量が大きくなると、単一マグノンの励起に比べて遅いスピンダイナミクスが生じた。束縛マグノンの減衰時間も決定された。減衰時間は、おそらくこの系の熱ゆらぎによる散乱で制限される。今回の結果から、量子磁性体の基本特性、より一般的には量子多体系における相互作用不純物の特性を調べる新しい方法が得られる。
