Probing Phase Fluctuations in a 2D Degenerate Bose Gas by Free Expansion

저차원계에서는 열 에너지에 의한 위상 요동(phase fluctuations)으로 인해 3차원 초유체의 특징인 보즈-아인슈타인 응축과 장거리 위상 결맞음성(long-range phase coherence) 형성이 근본적으로 불가능하다. 그럼에도 불구하고 2차원에서는 유한한 온도에서 정상-초유체 상전이가 여전히 가능한데, 이를 소위 Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 이론에서는 위상 상전이(Topological phase transition)로 기술한다. 본 연구에서는 극저온 원자로 구성된 이차원 보즈 초유체 내의 위상 요동 크기를 정량적으로 측정하는 새로운 실험 방법을 소개하였고, 이를 이용하여 위상 요동 현상이 열적 에너지에 기인함을 확인하였다. 또한 이를 이차원 초유체의 비평형 완화 동력학 연구에 적용하여 양자 소용돌이(quantized vortex)의 수명이 이차원계에서는 충분히 길어짐을 관측하였다. 본 연구에서 소개된 측정 방법은 이차원 초유체 연구에 적극 활용될 것으로 기대된다.

참여연구원: 최재윤, 서상원, 권우진, 신용일