原子物理学：トポロジカル励起を伴う原子カイラル超流動体の証拠

トポロジカル超流動性は、極低温原子気体のみならず電子材料においても重要な概念である。しかし、超伝導体とトポロジカル基材を組み合わせることによって進展したものの、本質的にトポロジカル超流動性を示す天然物質や人工物質の探索は、超流動体³He-A相の発見以来、今も続いている。今回我々は、立方晶窒化ホウ素の幾何学配置をとる光格子の第二ブロッホバンドにおいて、相互作用によって駆動される時間反転対称性の破れによって大域的にカイラルな原子超流動体が生じることを示す証拠を報告する。これによって、最低ブロッホバンドにおける軌道の特徴のないシナリオに対する現在の限界を超えて、⁸⁷Rb原子の長寿命ボース・アインシュタイン凝縮体が実現される。飛行時間測定とバンドマッピング測定によって、原子の局所位相と軌道回転が自発的に秩序化して渦列になることが明らかになり、格子全体にわたって大域的な角運動量が出現している証拠が示された。現象論的有効モデルを用いて、基底状態より上でボゴリューボフ準粒子励起のダイナミクスが捉えられ、この励起がトポロジカルバンド構造を示すことが分かった。観測されたボソン相は、電子系凝縮物質における量子異常ホール効果とは概念的に異なるが関連性のある現象を示すと予想される。

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