量子物理学：音波を伴う光格子

量子化された音波であるフォノンは、結晶性物質の弾性応答を支配しているだけでなく、それらの熱力学的特性や電気的応答の決定において不可欠な役割を果たしている（例えば、電子を束縛して超伝導クーパー対を形成することによる）。周期的な光ポテンシャル中の中性原子で構成された量子固体のシミュレーターには、格子フォノンや弾性の物理は存在しない。また、実際の固体とは異なり、従来の光格子は剛性が無限大であるため、無音である。従って、光格子で実現された結晶には、実際の物質の低温特性を決定する重要な力学的自由度が存在しない。今回我々は、共焦点光共振器と結合したボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）を用いて、フォノンモードを持つ光格子を作製した。このマルチモード共振器QED系は、能動量子ガス顕微鏡の役割を果たし、フォノンを画像化するとともに、短距離の光子媒介原子間相互作用によって結晶化を誘発してフォノンを担持する。動的感受率測定によってフォノンの分散関係が明らかになり、こうした集団励起の音速が、BECと光子の結合強度に依存することが示された。今回の結果は、量子領域における量子融解転移からエキゾチックな「フラクトニック」トポロジカル欠陥まで、量子固体の弾性の豊かな物理を探求する道を開くものである。

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