物性物理学：回転量子気体におけるボソニック量子ホール状態の結晶化

運動エネルギーに対する相互作用の優位性は、分数量子ホール液体から光格子中の原子やねじれ2層グラフェンまで、強相関量子物質の中核である。結晶相は相関量子液体と競合することが多く、それらの間の転移は、密度波を形成するエネルギーコストがゼロに近づくときに起こる。典型的な例は、高強度磁場中の電子で起こり、ウィグナー結晶に向かう量子ホール液体の不安定性に先駆けて、磁気長での密度変調のロトン様ソフト化が生じる。注目すべきことは、ゲージ場において相互作用するボソンも、類似した液体状態や結晶状態を形成すると予想されることである。しかし、相互作用と強い人工磁場を組み合わせることは、ボソニック量子気体の実験の課題となっている。今回我々は、最低ランダウ準位およびその近傍において、ランダウゲージ・ボース・アインシュタイン凝縮体の、純粋に相互作用によって駆動されるダイナミクスを調べた。その結果、磁気ロトン（磁気長での密度変調として可視化される励起）の凝縮によって駆動される自発的結晶化が観測された。雲密度を滑らかに増加させることによって、この挙動が、高速回転凝縮体のせん断内部流プロファイルによって駆動される流体力学的なケルビン–ヘルムホルツ不安定性の量子版と関連付けられた。長時間経つと、凝縮体は自己組織化して、相互作用と有効磁気力のバランスによって安定化された、渦列で隔てられて持続的に整列した液滴を形成した。

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