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ナノスケール素子における熱輸送現象と量子論的相関の検出の理論

Research Project

Project/Area Number 20J11318
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山本 剛史  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords超伝導回路における量子多体状態 / 量子熱輸送
Outline of Research at the Start

ナノスケール素子と呼ばれるミクロな系では、系の量子性が顕著になるためマクロな系では説明できない多体効果や量子相転移といった現象が現れる。さらに近年では実験技術の発展によりナノスケール素子は量子力学特有な現象を直接観測できる実験舞台としても注目されている。
本研究では、ナノスケール素子を介した熱輸送において量子力学特有と呼べる現象がどのような条件で現れるかを実験系に即して明らかにする。また、熱輸送を用いた量子熱機関における量子力学特有の性質についても調べる。さらに、実現性の高いナノスケール素子の1つであるジョセフソン接合列で生じる多体効果についてマイクロ波散乱を通して明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

多準位系を介した熱輸送に関する研究を行い、単純な二準位系では現れない多準位系に特有の熱輸送特性が線形熱コンダクタンスの温度依存性に現れることを明らかにした。この研究によって、多準位系を用いた複雑な機能を持つ量子熱デバイスの研究開発に有用になることが期待される。
また、乱れのあるの1次元ジョセフソン接合列におけるマイクロ波散乱に関する研究も行った。1次元ジョセフソン接合列は低いロスと高いインピーダンスを持つため、応用面からも重要な超伝導回路である一方で、乱れが加わると超伝導-絶縁体転移を示すことが知られている興味深い系である。この研究では、乱れによって生じる非自明な局在状態がマイクロ波透過率に現れ、単純な白色ノイズポテンシャルでは記述できないジョセフソン接合列に特有なものであることを明らかにした。この研究成果は、乱れによって引き起こされる複雑な量子多体状態を解明する上で、理論と実験の双方にとってベンチマークとなるものである。
さらに、磁性不純物のある金属界面で生じるスピン流に関する研究を行い、磁性不純物によって生じる典型的な量子多体効果である近藤効果がスピン流を増大させることを数値くりこみ群の手法を用いて明らかにした。この研究成果により、近藤効果をはじめとする量子多体状態のスピン励起についてスピントロニクスの観点からアプローチできる可能を示した。
最後に、抵抗のあるジョセフソン接合におけるマイクロ波散乱に関する研究を行った。長年、量子相転移の有無が議論されているこの超伝導回路系において、量子モンテカルロ法による数値計算と解析計算とを用いることで、抵抗のあるジョセフソン接合のインピーダンスの挙動を明らかにした。この研究により、長年議論が続いている量子相転移について、動的性質という新しい視点を与えることができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results)

  • [Int'l Joint Research] フランス原子力庁(フランス)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] イェール大学(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] 中国科学院大学KITS(中国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] フランス原子力庁(フランス)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] イェール大学(米国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Heat transport through a two-level system embedded between two harmonic resonators2021

    • Author(s)
      Yamamoto Tsuyoshi、Kato Takeo
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 33 Issue: 39 Pages: 395303-395303

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ac1281

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Transmission of waves through a pinned elastic medium2021

    • Author(s)
      Yamamoto Tsuyoshi、Glazman Leonid I.、Houzet Manuel
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 22 Pages: 224211-224211

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.224211

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spin current at a magnetic junction as a probe of the Kondo state2021

    • Author(s)
      Yamamoto T.、Kato T.、Matsuo M.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 12

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.l121401

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 金属界面の磁性不純物を介したスピン輸送理論における近藤効果2021

    • Author(s)
      山本剛史、加藤岳生、松尾衛
    • Organizer
      日本物理学会 2021 年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子ラビ模型を介した熱輸送2021

    • Author(s)
      山本剛史、加藤岳生
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ランダムネスのあるジョセフソン接合列におけるマイクロ波散乱2020

    • Author(s)
      山本剛史、Leonid Glazman、Manuel Houzet
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ピン止め効果のある1次元ジョセフソン接合列における弾性散乱2020

    • Author(s)
      山本剛史、Leonid Glazman、Manuel Houzet
    • Organizer
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の新展開2020」
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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