量子物理学：ねじれ2層光格子における原子ボース・アインシュタイン凝縮体

ねじれ2層グラフェンに強相関や超伝導が観測されたことは、基礎物理学や応用物理学において非常に大きな関心を呼び起こしている。この系では、2つのハニカム格子のねじれた重ね合わせによってモアレパターンが生じ、これが観測される平坦な電子バンド、遅い電子速度、大きな状態密度のカギとなっている。こうしたねじれ2層系を新たな構成へと拡張することは大変望ましく、2層グラフェンを超えるツイストロニクスの研究にエキサイティングな展望をもたらし得る。今回我々は、スピン依存光格子に充填された原子ボース・アインシュタイン凝縮体に基づいて、ねじれ2層正方格子における超流動体からモット絶縁体への転移の量子シミュレーションを実証する。この格子は、異なるスピン状態の原子を独立して扱う2組のレーザービームでできており、これらのスピン状態が、2層を収容する人工次元を形成する。層間結合はマイクロ波の場によって高度に制御可能であり、これによって強結合限界における最低平坦バンドと新しい相関相の生成が可能になる。我々は、空間的なモアレパターンと運動量回折を直接観測し、これによって、ねじれ2層格子における超流動体の2種類の形態の存在と超流動体から絶縁体への修正された転移が裏付けられた。今回のスキームは汎用的で、さまざまな格子形状や、ボソン系とフェルミオン系の両方に適用できる。これによって、高度に制御可能な光格子を用いて極低温原子のモアレ物理を探求する新しい方向性が開かれる。

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