過去の研究

ボース凝縮体におけるSkyrmionの衝突

一本の紐に結び目を作り両端を手に持つと、手を離さない限り結び目をほどくことはできませんし、結び目の数を変えることもできません。これに似たような状態が二成分ボース凝縮体でも実現できます。この研究では、ボース凝縮体中でSkyrmionと呼ばれる二つの「結び目」を互いに衝突させたときのダイナミクスを調べました。


ボース凝縮体におけるカルマン渦列

川の流れの中に棒を立てると、その下流に渦が生成され規則的に並ぶことが 知られています。 このような渦列の発生は自然界のあらゆるところで見られ、「カルマン渦列」 と呼ばれています。 カルマン渦列の発生は従来、流体の粘性に深く関係していると 考えられていましたが、本研究では粘性を持たない超流動体においても カルマン渦列が発生することを明らかにしました( 渦列発生の様子)。 この様子を示した図が Physical Review Letters 誌の表紙 を飾りました。


磁気双極子相互作用するボース凝縮体の磁化

磁石はＳ極とＮ極がくっついた状態が安定です。 従って複数の磁石の場合、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・と並び、 右端と左端がループ状につながった状態が安定になります。 本研究では、磁性を持った原子のボース凝縮体の磁化が自発的に ループ上の構造を形成し、様々なパターンが現れることを明らかにしました。

二成分ボース凝縮体におけるレイリー・テイラー不安定性

上層に重い流体、下層に軽い流体というような不安定な状態を作ると、 上層と下層が逆転しようとする際に界面がキノコのような形に変形する ことが古くから知られており、「レイリー・テイラー不安定性」と呼ばれて います。 本研究では、互いに混ざり合わない二成分のボース凝縮体においても 同様な不安定性が現れ、キノコ状のパターンが生成されることを 明らかにしました。


半量子渦状態の磁化

スピンを持つ原子のボース凝縮体には「半量子渦」と呼ばれる状態が存在することが知られています。 これはメビウスの輪のようなトポロジーを持つ状態です。 本研究では、半量子渦状態にあるボース凝縮体が強磁性相互作用により磁化すると、その特殊なトポロジーによって３つの磁区が生成されることを見出しました。

回転によるスピン渦の生成

スピンを持つ粒子の状態は量子化されており、例えばスピン１なら m=1, 0, -1 の３種類の状態があります。 従って、スピンを持つ原子のボース凝縮体は多数の成分を持つことになります。 本研究では、それら複数成分の一部を選択的に外場によって回転させることで「スピン渦」と呼ばれる状態が生成できることを示しました。