原子物理学：双極子量子気体における二次元超固体性

超固体状態は、一般的に固体と関連付けられている性質と超流動体と関連付けられている性質を同時に特徴とする。超固体状態には、粒子密度の周期的な変化として現れる固体のような結晶性の秩序があるが、典型的な固体とは異なり、系全体にわたるコヒーレントな粒子の非局在化に起因する超流動体特性もある。こうした状態は当初、固体は超流動体の特性を持ち得るのかという問いへの可能性のある答えとして、バルクの固体ヘリウムにおいて想定された。多くの試みにもかかわらず、固体ヘリウムではまだ超固体性は観測されていないが、極低温原子気体によって代替手法が得られ、最近では双極子原子を用いた超固体の観測と研究が可能になっている。しかし、ヘリウムにおいて提唱された現象とは異なり、こうした気体系ではこれまで単一方向に沿った超固体性しか示されていない。今回我々は、イオン鎖や量子細線、また、理論的には個々の双極子粒子からなる鎖において生じるものに似た構造相転移の両側で、ジスプロシウム原子の超固体量子気体を生成することによって、超固体特性を二次元に拡張したことを実証する。これによって、高度に柔軟で制御可能な系において、渦形成を含む豊かな励起特性や、多様な幾何学的構造を持つ基底状態相を研究する可能性が開かれる。

目次へ戻る