フェルミ縮退気体（DFG）は、通常、BECと同様の条件下で実現されます。主な違いは、フェルミ気体は、2つの異なる「種類の原子」（異なる元素、異なる同位体、または異なる内部状態）を同時にトラップした場合にのみ低温まで冷却できることです。フェルミ縮退気体の典型的な形状はBECの形状とは大きく異なり、物理的特性も異なります。ボソンとは異なり、同一のフェルミオンは複数の粒子で量子状態を占有することはできません。したがって、マクロ的に最低エネルギー状態がフェルミオンで占有されることはありません。BECは自然界では観測されませんが、非原子粒子からなるフェルミ縮退気体は、中性子星や金属中に存在します。原子冷却の結果により、中性原子はこれらの系、あるいはフェルミ縮退気体全般のモデル系として研究できるようになりました。
ボーズ・アインシュタイン凝縮体、あるいはフェルミ縮退気体は、以下の原子元素を用いて実現されました。原子番号順に並べると、初生成年が分かります。(記載されていない原子種についは、お気軽にこちらまでお知らせください。※TOPTICAカップが当たります。)
H (1998)、He* (2001)、Li (1995)、Na (1995)、K (2001)、Ca (2009)、Cr (2004)、Rb (1995)、Sr (2009)、Cs (2002)、Dy (2011)、Er (2012)、Yb (2003)。
相互作用の調整は、縮退量子気体の物理に新たな展開をもたらすだけでなく、多くの基礎研究への扉を大きく開きます。BEC（あるいはフェルミ縮退気体）のほとんどの元素は、原子間の相互作用が弱い（”弱相互作用BEC”）だけです。この相互作用は標準的な「分子」相互作用であり、低温では剛体球相互作用としてモデル化できます。2つの原子は、非常に接近した（典型的には10～100 nm）場合にのみ互いの存在を感じる「ビリヤード」ボールのように振る舞います。接触相互作用と呼ばれるこの短距離相互作用は等方性であり、BECにおける主要な相互作用です。分子の束縛状態が磁気的に2つの自由原子のエネルギーにシフトする「フェッシュバッハ共鳴」に近づくと、状況は劇的に変化します。磁場をわずかに変化させることで、この相互作用の強さと符号を制御できます。例えば、強い斥力相互作用、ゼロ相互作用、あるいは引力相互作用を持つことができます。このフェッシュバッハ共鳴を利用することで、相互作用によって引き起こされるBECの崩壊、双極子BEC、そして分子BECから「高温超伝導」フェルミ縮退気体への転移を観察できます。
これまで、分子BECは原子BECまたはDFG気体から出発して実現されてきました。分子を直接捕捉し、サブマイクロK温度まで冷却することは、これまで実現されていません。光捕捉原子BECまたはDFGを用いれば、磁場をフェッシュバッハ共鳴上で掃引することで、非結合原子対を振動的に高励起した分子へとコヒーレントに変換することができます。レーザーパルスを照射することで、分子を最低エネルギー状態まで脱励起することができます。特に興味深いのは、光格子に閉じ込められた大きな電気双極子モーメントを持つ二原子分子です。これらを用いることで、超固体やチェッカーボードのような特異な量子相を研究したり、シミュレーションしたりすることができます。
光格子中の縮退量子気体は、固体物理学の研究に用いることができます。原子が電子の役割を果たす一方で、光格子はイオンに起因する固体中の周期ポテンシャルの役割を担います。縮退量子気体の利点は、粒子間の相互作用を調整できることと、様々な種類と強度の非常にクリーンなポテンシャルを生成できることです。この方法により、理論的に予測される現象（超流動体とモット絶縁体間の遷移、アンダーソン局在、高Tc超伝導など）を研究したり、解析解を持たず数値的に扱うことができない固体の問題を「量子シミュレート」したりすることもできます。
