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Novel topological numbers associated with entangled quantum states

Research Project

Project/Area Number 17K05563
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

Fukui Takahiro  茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (10322009)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsトポロジカル不変量 / チャーン数 / ベリー位相 / トポロジカル絶縁体 / 高次トポロジカル絶縁体 / 量子ホール効果 / エンタングルメント / エンタングルメント・ベリー位相 / エンタングルメント・チャーン数 / トポロジカル数 / 一様磁場 / 指数定理 / 第1チャーン数 / 第2チャーン数 / 量子異常
Outline of Final Research Achievements

We have introduced new topological invariants, called entanglement Chern numbers, which are very efficient for describing symmetry-protected topological phases. These new topological invariants allow us to discuss the stability of topological phases quantitatively. We have also shown that for higher-order topological insulators, the entanglement Berry phase is very effective even in the presence of a magnetic field.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エンタングルメント・ハミルトニアンの基底状態を利用した, 全く新しいトポロジカル不変量を導入したことに大きな意義がある。このようなトポロジカル不変量は, 我々の知る限りは数学分野でも物理分野でもまだ知られていない。

Report

(5 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Boundary-obstructed topological phases of a massive Dirac fermion in a magnetic field2020

    • Author(s)
      K. Asaga and T. Fukui
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 102 Issue: 15 Pages: 1551021-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.155102

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theory of edge states based on the Hermiticity of tight-binding Hamiltonian operators2020

    • Author(s)
      T. Fukui
    • Journal Title

      Phys. Rev. Research

      Volume: 2 Issue: 4 Pages: 0431361-22

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.043136

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Edge states, corner states, and flat bands in a two-dimensional PT-symmetric system2019

    • Author(s)
      Akira Yoshida, Yuria Otaki, Rimako Otaki, and Takahiro Fukui
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 100 Issue: 12 Pages: 125125-125125

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.125125

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Higher-order topological insulators in a magnetic field2019

    • Author(s)
      Yuria Otaki and Takahiro Fukui
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 100 Issue: 24 Pages: 245108-245108

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.245108

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dirac fermion model associated with a second-order topological insulator2019

    • Author(s)
      T. Fukui
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 99 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.165129

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Entanglement polarization for the topological quadrupole phase2018

    • Author(s)
      T. Fukui and H. Hatsugai
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 98 Issue: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.035147

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Entanglement Chern number for three-dimensional topological insulators: Characterization by Weyl points of entanglement Hamiltonians2017

    • Author(s)
      Araki Hiromu、Fukui Takahiro、Hatsugai Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 16 Pages: 165139-165139

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.165139

    • NAID

      120007134699

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      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Topological magnetoelectric pump in three dimensions2017

    • Author(s)
      Takahiro Fukui and Takanori Fujiwara
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 96 Issue: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.205404

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 磁場中の3次元ディラック・フェルミオンの コーナー状態2021

    • Author(s)
      浅賀孝一, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 一様磁場中の3次トポロジカル絶縁体2021

    • Author(s)
      大滝友里亜, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子ハミルトニアンのエルミート性に基づいたエッジ状態の理論2020

    • Author(s)
      福井隆裕
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      日本物理学会 2020年秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場中のディラックフェルミオンのエッジ状態と高次トポロジカル絶縁体2020

    • Author(s)
      浅賀孝一, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 一様磁場中の3次元高次トポロジカル絶縁体2020

    • Author(s)
      大滝友里亜, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Non-Hermitian Dirac operators on tori2019

    • Author(s)
      T. Fukui
    • Organizer
      International workshop : Variety and universality of bulk-edge correspondence 2019 (BEC2019) jointed with "New Trends in Topological Insulators 2019 (NTTI2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 一様磁場下の高次トポロジカル絶縁体2019

    • Author(s)
      大滝友里亜, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] トーラス上の非エルミート・ディラック演算子の固有値問題2019

    • Author(s)
      福井隆裕, 藤原高徳
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] コーナー状態をもつディラック・フェルミオン模型2019

    • Author(s)
      福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 高次トポロジカル絶縁体における分数コーナー電荷2019

    • Author(s)
      吉田旭, 大瀧理麻子, 大滝友里亜, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] トポロジカル四重極相へのエンタングルメント・ベリー位相の応用2018

    • Author(s)
      福井隆裕, 初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋季大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] A Dirac fermion model with a corner state2018

    • Author(s)
      T. Fukui
    • Organizer
      International workshop ”Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts”
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 第一原理計算に基づくエンタングルメントハミルトニアンによるトポロジカル絶縁体の分類2018

    • Author(s)
      荒木広夢, 福井隆裕, 初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会(2018年)
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  • [Presentation] シンセティック4次元におけるトポロジカルポンプ2018

    • Author(s)
      福井隆裕, 藤原高徳
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会(2018年)
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元トポロジカル絶縁体相のエンタングルメント・ハミルトニアンによる特徴付け2017

    • Author(s)
      荒木広夢, 福井隆裕, 初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元におけるトポロジカルポンプ2017

    • Author(s)
      福井隆裕, 藤原高徳
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
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  • [Presentation] 準位交差のバルクエッジ対応2017

    • Author(s)
      初貝安弘, 福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
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      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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