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トポロジカル相における電子間相互作用の数値的研究:特異分散による新しい量子液体

Research Project

Project/Area Number 19J12317
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

工藤 耕司  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsトポロジカル相 / 電子間相互作用 / バルクエッジ対応 / 分数量子ホール効果 / トポロジカルポンプ / エニオン / 複合粒子描像 / トポロジカル秩序 / トポロジカル不変量 / トポロジカル絶縁体
Outline of Research at the Start

近年、対称性の破れを伴わない量子液体相、いわゆるトポロジカル相が多くの関心を集めている。本研究では、トポロジカル相における電子相関効果を数値的に解析し、電子間相互作用に由来した新しい量子液体状態の探索を目的とする。具体的には、平坦バンドやトポロジカル絶縁体の表面状態などの特異分散を持つ格子模型に着目する。ベリー接続に基づく多体のトポロジカル不変量の数値的評価から、電子相関のあるトポロジカル相特有の新しい量子液体状態を探求するとともに、その理論的枠組みを構築する。

Outline of Annual Research Achievements

今年度では、昨年度に議論したトーラス上の組紐群の議論を非可換エニオンの問題へと拡張し、いわゆる非可換分数量子ホール状態のトポロジカルな性質について議論した。さらに量子ホール状態の断熱接続の議論をラフリンの思考実験の問題に適応し、分数エニオンポンピングのバルクエッジ対応を議論した。以下、それぞれの内容について述べる。
(1)トーラス上の組紐群の解析
本研究では、非可換エニオンに対応した群の表現を明らかにするとともに非可換分数量子ホール状態のトポロジカル縮退と準粒子励起を特徴づけることを目的とした。トーラス上の解析の基礎として、シリンダー上の群構造を議論した。現在、そこで得られた表現が、非可換分数量子ホール状態が有する性質にどのように反映されてるか議論しているとともに、トーラス上の問題に拡張することを検討している。
(2)分数エニオンポンプのバルクエッジ対応
トポロジカルポンプはトポロジカル現象の典型例である。本研究では、前年度に議論した量子ホール効果の断熱接続性の議論に基づき、ラフリンの思考実験の問題をエニオンの分数量子ホール系に適応させ、いわゆる分数エニオンポンピングのバルクエッジ対応を数値的に示した。ここでのエッジの量は、基底状態多重項が定義する重心の跳びの和として定義している。本研究では、このエッジ状態が与える跳びが磁束貼り付け操作における一種の不変量になることも数値的に明らかにした。ここで得られた研究成果は日本物理学会にて発表済みである。また現在、論文を執筆中である。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Adiabatic heuristic principle on a torus and generalized Streda formula2020

    • Author(s)
      Kudo Koji、Hatsugai Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 102 Issue: 12

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.125108

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fate of fractional quantum Hall states in open quantum systems: Characterization of correlated topological states for the full Liouvillian2020

    • Author(s)
      Yoshida Tsuneya、Kudo Koji、Katsura Hosho、Hatsugai Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 2 Issue: 3 Pages: 0334281-16

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033428

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Higher-order topological Mott insulators2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida, and Yasuhiro Hatsugai
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 123 Issue: 19

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.196402

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-Hermitian fractional quantum Hall states2019

    • Author(s)
      Tsuneya Yoshida, Koji Kudo, and Yasuhiro Hatsugai
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 168951-8

    • DOI

      10.1038/s41598-019-53253-8

    • NAID

      120007132921

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Generalized Streda formula in the adiabatic heuristic principle2021

    • Author(s)
      Koji Kudo and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      APS March Meeting 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adiabatic heuristic principle on a torus and anyon pumping2021

    • Author(s)
      工藤耕司
    • Organizer
      科研費基盤研究S (17H06138)Extended 8-th Informal Meeting with invited speakers
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] エニオンポンプのバルクエッジ対応2021

    • Author(s)
      工藤耕司、久野義人、初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 分数量子ホール系におけるストレーダ公式の一般化2020

    • Author(s)
      工藤耕司、初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] トーラス上の多成分エニオンの量子ホール状態とAdiabatic heuristic2020

    • Author(s)
      工藤耕司、初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Higher-order bulk-boundary correspondence of a topological Mott insulator2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      International Conference on Topological Materials Science 2019 (TopoMat2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mott physics of the higher-order topological insulator on the kagome lattice2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      Trends in Theory of Correlated Materials (TTCM2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Higher-Order Topological Mott Insulator on the Kagome Lattice2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES) 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hubbard model on the kagome lattice and higher-order topological Mott insulators2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      New Trends in Topological Insulators 2019 & Variety and Universality of Bulk-edge Correspondence in Topological Phases 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Correlated higher-order topological insulator on kagome lattice2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences (FCES19)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Exponential precision of Chern number without integration by twisted angles2019

    • Author(s)
      Koji Kudo, Haruki Watanabe, Toshikaze Kariyado and Yasuhiro Hatsugai
    • Organizer
      Synthetic Topological Matter
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adiabatic Heuristicの数値的検証2019

    • Author(s)
      工藤耕司、初貝安弘
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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