フラストレートした量子磁性体の量子シミュレーション方法を提唱 -- 負の絶対温度をもつ気体の有効利用

フラストレートした量子磁性体の量子シミュレーション方法を提唱 -- 負の絶対温度をもつ気体の有効利用
青山学院大学理工学部(神奈川県相模原市)物理・数理学科山本 大輔助教、近畿大学理工学部(大阪府東大阪市)理学科物理学コース段下 一平准教授、理化学研究所創発物性科学研究センター(埼玉県和光市)福原 武ユニットリーダーは、この負温度の原子気体が、物性物理学における難題である「量子磁性体におけるフラストレーションの効果」を解明するためのシミュレータとして機能することを示しました。この成果は、「負の絶対温度」という基礎物理学的な概念が、量子デバイスにおける技術要素として大きな応用の可能性を持っていることを示唆します。


【概 要】
 一般的に「負(マイナス)の温度」と聞くと、冷凍庫の中(マイナス15℃程度)やドライアイス(マイナス78.5℃)などの寒い場所や冷たいものを想像するかもしれません。しかしながら、これらは摂氏温度に基づいて測ったから負になっているのであって、「絶対温度」に基づいて測定すると正(プラス)の温度をとります。絶対温度とは、摂氏温度で約マイナス273.15℃を絶対零度(0ケルビン)として測った温度のことです。絶対温度で測定すると、冷凍庫の中はプラス258ケルビン程度、ドライアイスはプラス195ケルビンになります。これらに限らず、私たちの身近にある通常の物質は正の絶対温度を持っています。では、物質の絶対温度を負にすることはできないのでしょうか?実は、実験室に超高真空(ultra high vacuum)状態を作り、レーザーや電磁石を使ってそこに非常に薄い原子気体(粒子数密度が大気の1万分の1程度)を閉じ込めて、慎重にその気体を操作すると、負の絶対温度を実現することができます。このように苦労して人工的に作り出した負の絶対温度の気体は何の役に立つのでしょうか?

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