量子物理学：トポロジカル散逸的原子–共振器系における自励発振ポンプ

ポンプは、ポテンシャルの周期的変化によって直流が生じる輸送機構である。サウレスが示したように、空間的および時間的に周期的なポテンシャルにおける量子粒子の運動を考える際には、トポロジー起源のポンプ過程が存在し得る。しかし、こうしたポンプを駆動する周期的変化は、これまで研究されてきた実験系がそうであるように、外部から与えられると常に仮定されていた。今回我々は、周期的な駆動力を加えずに粒子流が観測される、光共振器と結合した量子気体におけるポンピングの創発的機構について報告する。原子が受けるポンピングポテンシャルは、原子を駆動する静的レーザー場と自己無撞着な共振器場の干渉によって形成される。散逸に起因して、それぞれが異なる中心対称結晶配置に対応する2つの直角位相の間で、共振器場が変化する。この自励発振の結果、典型的なRice–Meleポンプなどのトポロジカル強結合モデルにおける電子輸送を記述するポテンシャルと類似した、時間周期ポテンシャルが生じる。この実験では、駆動場に対する共振器場の位相の回転を測定し、原子運動をin situ観測することによって、変化が直接追跡された。観測された機構は、トポロジカル系と開放系のダイナミクスを併せ持ち、連続的な散逸時間結晶の特徴を示している。

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