物性物理学：光格子におけるフェルミオン間のユニタリp波相互作用

フェルミオン系における交換反対称の対波動関数から、非従来型の超伝導体や超流動体が生じ得る。こうした状態を、極低温ガスなどの制御可能な量子系で実現すれば、新しいタイプの量子シミュレーション、トポロジカル量子ゲート、エキゾチックな少数多体状態が可能になるかもしれない。しかし、p波相互作用などの反対称相互作用は自然界で生じる系では弱く、極低温系でのフェッシュバッハ共鳴による増強は、三体損失により制限されていた。今回我々は、多軌道三次元光格子中に、スピン偏極したフェルミオン原子の孤立対を生成した。そして、磁気フェッシュバッハ共鳴の近傍で強く相互作用する原子対の弾性p波相互作用エネルギーを分光学的に測定した。相互作用の強さは、磁場と閉じ込めの強さとによって広範に調整できるが、単一格子サイトの調和エネルギーと長さのスケールに合わせてリスケールすると普遍的な曲線に収束する。三体過程が存在しないので、弾性ユニタリp波相互作用だけでなく、自由原子状態と相互作用対状態の間のコヒーレントな振動の観測が可能になる。全ての観測結果は、p波擬ポテンシャルを用いた厳密解と、ab initio相互作用ポテンシャルを用いた数値解の両方と比較された。オンサイトp波相互作用の理解と制御によって、多軌道格子モデルの構築に必要な構成要素と共に、例えばパウリブロッキングや格子エンジニアリングを用いて、トンネリングの存在下で三体再結合を防ぐ方法を調べる出発点が得られる。

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