非平衡電子多体系のゆらぎと応答の理論

• Project/Area Number: 12J01112
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 数理物理・物性基礎(理論)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 弓削 達郎 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 非平衡定常状態 / 結合共振器QED列 / 非平衡プラトー / 非平衡熱力学 / 量子マスター方程式 / エントロピー生成 / ベリー位相 / 応答関数 / プラトー / 光学伝導度 / 総和則 / 有効ハミルトニアン / 断熱ポンプ / クラウジウス関係式

Outline of Annual Research Achievements

結合共振器QED列において、共振器損失と外部からの励起の効果を取り入れた量子マスター方程式による解析を行った。平均場近似を用いた解析の結果、凝縮相において非平衡効果が誘起する新奇なプラトー現象を発見した。また、平均場近似を用いない有限系での解析も行い、平均場近似での結果に対応する非平衡プラトー現象が起こることを示した。
また、非平衡熱力学の一般論をマクロな現象論（非平衡定常状態の線形応答関係式）を用いて解析し、過剰エントロピー生成の幾何学的表現を導出した。そしてこれをミクロな理論とつなげて既存の結果との整合性を示した。
さらに、量子マスター方程式の非平衡定常状態を求める新たな方法を提案した。量子マスター方程式が環境系との弱結合のもと有効であることを利用し、結合強度についての摂動論を用いて定式化した。その際、無摂動部分として永年近似を施したマスター方程式を用いることで従来の方法よりも効率よく定常状態を求めることが可能となった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A perturbative method for nonequilibrium steady state of open quantum systems (2015)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Ayumu Sugita
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 1 Pages: 014001-014001
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.014001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cavity-Loss Induced Plateau in Coupled Cavity QED Array (2014)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Kenji Kamide, Makoto Yamaguchi, and Tetsuo Ogawa
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 83 Issue: 12 Pages: 123001-123001
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.123001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An expression of excess work during transition between nonequilibrium steady states (2014)
  • Author(s): Tatsuro Yuge
  • Journal Title: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical Volume: 47 Issue: 50 Pages: 505002-505002
  • DOI: 10.1088/1751-8113/47/50/505002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optically induced nuclear spin polarization in a single GaAs/AlGaAs quantum well probed by a resistance detection method in the fractional quantum Hall regime (2013)
  • Author(s): K. Akiba, T. Yuge, S. Kanasugi, K. Nagase, Y. Hirayama
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 87 Issue: 23 Pages: 235309-235309
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.235309
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geometrical excess entropy production in nonequilibrium quantum systems (2013)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Takahiro Sagawa, Ayumu Sugita, Hisao Hayakawa
  • Journal Title: Journal of Statistical Physics Volume: 153 Issue: 3 Pages: 412-441
  • DOI: 10.1007/s10955-013-0829-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulation of Interacting Many Electrons Scattered by Lattice Vibrations (2012)
  • Author(s): Fan Lee, Tatsuro Yuge, Akira Shimizu
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 81 Issue: 6 Pages: 64710-64710
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.064710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geometrical pumping in quantum transport: Quantum master equation approach (2012)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Takahiro Sagawa, Ayumu Sugita, Hisao Hayakawa
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 86 Issue: 23 Pages: 235308-235308
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.235308
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 量子マスター方程式における非平衡定常状態の摂動的求め方 (2015)
  • Author(s): 弓削達郎
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 結合共振器QED列における非平衡定常状態の安定性解析 (2014)
  • Author(s): 弓削達郎
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] State freezing in nonequilibrium coupled cavity QED array (2014)
  • Author(s): Tatsuro Yuge
  • Organizer: The 7th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems
  • Place of Presentation: ザ・プリンス箱根芦ノ湖（神奈川県足柄下郡箱根町）
  • Year and Date: 2014-04-23
• [Presentation] 結合QED共振器列における共振器ロスによるフォトン場の振動数のプラトー化 (2013)
  • Author(s): 弓削達郎、上出健二、山口真、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Rotating wave approxiamtion in quantum master equation for full counting statistics (2013)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Takahiro Sagawa, Ayumu Sugita, Hisao Hayakawa
  • Organizer: Mathematical Statistical Physics
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所
  • Year and Date: 2013-08-02
• [Presentation] Nonequilibrium phases of photons in coupled cavity QED array (2013)
  • Author(s): Tatsuro Yuge, Kenji Kamide, Makoto, Yamaguchi, Yusuke Kondo, Tetsuo Ogawa
  • Organizer: CLEO-PR 2013
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2013-07-04
• [Presentation] 光場中の多バンド有効ハミルトニアンの導出 (2013)
  • Author(s): 弓削達郎
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Thermodynamic relation in nonequilibrium steady state (2013)
  • Author(s): Tatsuro Yuge
  • Organizer: The 5th GCOE International Symposium on "Weaving Science Web beyond Particle-Matter Hierarchy"
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)(招待講演)
  • Year and Date: 2013-03-04
• [Presentation] 光場中の多バンド有効ハミルトニアンと総和則 (2012)
  • Author(s): 弓削達郎
  • Organizer: 第7回DYCEシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学浅野キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2012-12-26
• [Presentation] 断熱ポンプの条件 (2012)
  • Author(s): 弓削達郎
  • Organizer: 日本物理学会2 0 12年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Optical conductivity sum rules extended to nonequilibrium (2012)
  • Author(s): Tatsuro Yuge
  • Organizer: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructure and Molecular Materials
  • Place of Presentation: de Oosterpoort (オランダ)
• [Presentation] Optical conductivity sum rule for multi-band system (2012)
  • Author(s): Tatsuro Yuge
  • Organizer: 2012 DYCE International Workshop
  • Place of Presentation: 屈斜路プリンスホテル(北海道)