[제원호 교수 연구실] 시간적 변조된 원자계를 이용한 비선형, 비평형, 다체계 현상에 대한 리뷰 논문 (Physics Reports, IF=17.425)  
Nonlinear, Nonequilibrium and Collective Dynamics in a Periodically Modulated Cold Atom System
비평형 상태에서 다체계의 임계현상은 이론적으로나 실험적으로 매우 중요하고 흥미로운 주제이다. 본 논문에서는 저온 원자트랩 포텐셜을 주기적으로 변조시킴으로써, 비평형 상태의 비선형 parametric oscillator와 Duffing oscillator 를 구현하고, 그의 통계역학적 성질을 연구한다. 나아가 원자의 갯수를 증가시키면서 many-body collective 현상을 연구함으로써 비평형계에서의 상전이 현상을 관측하고 임계지수를 측정함으로써 ideal mean-field 계를 구현하였다. 특히 평형상태와 비평형상태의 상전이 특성을 비교함으로써 beyond mean-field 가능성을 논의하였다. 원자계의 온도, 상호작용, 열적 요동 등을 정확히 조절함으로써 각각의 역할을 정량적으로 분석하는 것이 가능하며, 이는 일반적인 비선형, 비평형, 집단 현상을 연구하는데 도움이 되리라 기대된다. 특히, 서울대에서 수행된 본 연구 내용은 최근 관심이 급증되고 있는 classical discrete time crystal 을 실험적으로 구현한 것이라는 점에서 흥미롭다.

The physics of critical phenomena in a many-body system far from thermal equilibrium is an interesting and important issue to be addressed both experimentally and theoretically. Here we review the nonlinear and collective dynamics in a periodically modulated magneto-optically trapped cold atoms, where the parametrically driven oscillator and the resonantly driven Duffing oscillator, which exhibit the dynamical bistable states. We demonstrate that the temporally driven cold atom system serves as a unique and controllable platform suitable for investigating the nonlinear dynamics of many-body cold atoms far from equilibrium. It is interesting to note that such a driven atomic system corresponds to a classical realization of ‘discrete time crystal’ that exhibits spontaneous breaking of time translational symmetry.

Authors: Geol Moon, Myoung-Sun Heo, Yonghee Kim, Heung-Ryoul Noh, Wonho Jhe

Journal: Physics Reports
DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2017.07.002
Published online: July 22, 2017
Link: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157317301990
Link 1