Observation of Wall-Vortex Composite Defects in a Spinor Bose-Einstein Condensate /

본 학부의 양자기체연구실 연구진은 스핀 자유도를 지닌 초유체 시스템의 양자 상전이 과정에서 새로운 형태의 위상 복합체가 생성되는 것을 관측하였고, 이 연구결과를 Physical Review Letters 지에 발표하였다. 일반적으로 위상체(topological object)의 종류는 domain wall, vortex, monopole 등으로, 시스템의 질서 매개변수(order parameter)의 위상 구조에 의해 제한된다. 그러나 시스템의 서로 다른 대칭성들이 에너지 혹은 길이 척도에 있어서 계층구조를 이루는 경우, monopole로 끝나는 vortex나 vortex로 경계 지어진 wall 등과 같은 복합적인 위상 결점이 존재할 수 있다. 이러한 복합체 결함의 존재와 생성은 특별히 우주론에서 많은 논의가 이루어졌었다. 대통일 이론의 관점에서 초기 우주는 계층 구조를 이루는 서로 다른 대칭성들이 순차적으로 깨지면서 진화하였다고 볼 수 있는데, 이러한 초기 진화 중에 위상 복합체들이 형성될 수 있고, 더욱이 이러한 복합체 결점 형성이 초기 우주에서의 은하 형성과 중입자 생성(baryogensis)에 중요한 메커니즘이 될 수 있다는 흥미로운 이론 제안이 있었다. 양자기체연구실 연구진은 스핀-1 원자의 보즈-아인슈타인 응집체의 양자 상전이 동력학을 연구하였고, 반양자수 소용돌이 구조로 종료되는 스핀 domain wall이 자발 생성되는 과정을 실험적으로 규명하였다. 본 연구결과는 상전이에 의한 위상 복합체 형성 기작에 대한 새롭고 구체적인 실험 자료를 제공하였다는 의의를 갖는다.

참여연구원: 강세지 (서울대), 서상원 (서울대), H. Takeuchi (오사카시립대), 신용일 (서울대)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.095301