Optical spin conductivity in ultracold quantum gases

冷却原子気体における光学スピン伝導率

関野 裕太*; 田島 裕之*; 内野 瞬   

Sekino, Yuta*; Tajima, Hiroyuki*; Uchino, Shun

凝縮系物理において未だに観測されていないバルクのACのスピン伝導率が冷却原子気体により測定可能となることを示す。また、このスピン伝導率は、量子多体系を特徴づける重要な情報を含んでいることがわかった。冷却原子気体において実現されている、超流動系や朝永・Luttinger液体などで実際にACスピン伝導率を解析し、よく知られたDrude伝導率とは全く異なるスペクトルが得られることを実際に示した。我々の提案したフォーマリズムはスピン軌道相互作用のある系や非平衡系にも適用可能であり、様々な応用が期待される。

We show that the optical spin conductivity being a small AC response of a bulk spin current and elusive in condensed matter systems can be measured in ultracold atoms. We demonstrate that this conductivity contains rich information on quantum states by analyzing experimentally achievable systems. The obtained conductivity spectra being absent in the Drude conductivity reflect quasiparticle excitations and non-Fermi liquid properties. Unlike its mass transport counterpart, the spin conductivity serves as a probe applicable to clean atomic gases without disorder and lattice potentials. Our formalism can be generalized to various systems such as spin-orbit coupled and nonequilibrium systems.