Superfluid and normal phases of unequal mass fermions with two- and three-body resonant interactions
POLICHROM
Calls: ERC-Stg-2014
Data inizio: 2015-04-01 Data fine: 2020-03-31
Budget totale: EUR 1.495.000,00 Quota INO del budget totale: EUR 1.495.000,00
Responsabile scientifico: Zaccanti Matteo Responsabile scientifico per INO: Zaccanti Matteo
Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)
altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
altro personale INO coinvolto: Trenkwalder AndreasAcciai SergioFulgentini LorenzoInguscio MassimoJag Michael TobiasRoati GiacomoTrenkwalder Andreas
Dall’interplay tra questi due fenomeni generali, sono state sollevate due domande di carattere fondamentale: è possibile avere accoppiamento superfluido in presenza di una asimmetria tra due superfici di Fermi? Può un sistema omogeneo di fermioni esibire una transizione di fase a uno stato ferromagnetico mediante una interazione repulsiva a corto raggio?Nonostante decenni di studi interdisciplinari, ad oggi tali domande non hanno ancora trovato una risposta soddisfacente e definitiva.In PoLiChroM mi prefiggo di rispondere sperimentalmente a tali fondamentali domande creando un nuovo sistema composto di una miscela ultrafredda di due atomi fermionici, il Litio e il Cromo, caratterizzati da interazioni risonanti controllabili. Le due specie atomiche simuleranno il comportamento di elettroni in differenti bande, o di quarks di diverso colore, sfruttando l’elevato grado di controllo tipico di un simulatore quantistico atomico.In particolare due proprietà rendono il sistema da me scelto assolutamente impareggiabile rispetto ad altri simili, già attualmente a disposizione: il particolare rapporto di massa Cromo-Litio permette un controllo risonante delle interazioni elastiche a tre, oltre che a due, corpi, assieme a una straordinaria soppressione di ricombinazione inelastica di atomi in stati molecolari nel regime di forte repulsione interatomica Cromo-Litio.
La prima proprietà aumenta significativamente la possibilità di osservare regimi elusivi di superfluidità “polarizzata”, quali la fase di Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov, in cui le coppie condensano in stati di momento non zero, e la fase di Sarma, o di “breached pair” in cui un superfluido omogeneo coesiste con particelle fermioniche non accoppiate.
La seconda proprietà rende il sistema da me proposto un’eccellente piattaforma per la simulazione quantistica del modello di Stoner per descrivere il fenomeno del ferromagnetismo “itinerante”, il cui studio è ostacolato negli esperimenti attualmente esistenti dalla instabilità del sistema verso una fase accoppiata, che impedisce la creazione e lo sviluppo di domini magnetici.In PoLiChroM utilizzerò tecniche di imaging ad alta risoluzione e schemi spettroscopici all’avanguardia per effettuare una caratterizzazione sistematica dei diagrammi di fase di miscele Fermi-Fermi con interazioni attrattive e repulsive.
Esperimenti/Studi INO correlati:
Strongly-correlated fermionic systems
Unequal mass fermions with two and three-body resonant interactions
Risultati scientifici:
1) Repulsive Fermi Polarons in a Resonant Mixture of Ultracold 6Li Atoms2) Connecting phase slips and dissipation in a BEC-BCS superfluid3) Exploring the ferromagnetic behaviour of a repulsive Fermi gas through spin dynamics4) Spin response and metastability of a strongly repulsive Fermi gas of ultracold atoms5) Critical Josephson current in BCS-BEC-crossover superfluids6) Realization of a high power optical trapping setup free from thermal lensing effects