| Project/Area Number |
22K13971
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
橋本 一成 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10754591)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 量子熱力学 / 協同現象 / 熱電効果 / メゾスコピック系 / 電子間相互作用 / 非エルミート / 例外点 / 電流ノイズ / 開放量子系 / 非平衡統計力学 / スピン流 |
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| Outline of Research at the Start |
量子熱力学では、作業物質とみなされる少数自由度の単一量子系内部の量子コヒーレンスの役割が重要な研究テーマとなっている。一方、量子スケールの微弱な出力しか得られない量子熱機関から巨視的な出力を得るためには、多数の熱機関を並列的に動作させる事が必須であり、並列動作する熱機関の間の多体間量子コヒーレンスもまた重要になる。固体物理学や量子光学でよく知られているように、多体間に生じる量子力学的なコヒーレンスは、相転移や局在現象、レーザー発振や超放射など多彩な量子協同現象を引き起こすことが知られている。本研究では、協同現象を利用した量子熱機関群の巨視的出力増幅の可能性を探求する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和6年度は温度バイアスおよび電位バイアスを課した２つの電極に結合した２重量子ドットからなる量子熱電素子における熱起電力に対する量子協同現象の影響を集中的に検討した。
具体的には、２つの量子熱電素子が共通のボゾン熱浴を介して弱く相互作用している状況で、高温電極から低温電極に電位バイアスに逆らって輸送される熱電流を量子マスター方程式の定常解を求めることで理論的に分析した。
その結果、２つの２重量子ドットの電子軌道の準位差が等しくなる点で、定常状態のドット内電子状態に「量子もつれ状態」が形成され、それに応じて熱電流のIーV特性に特徴的な小ピークが生じることを見出した。これは、共通熱浴を介した量子熱電素子間の弱い相互作用によって協同的な熱電流増幅が生じることを示唆する結果であると考えられる。
量子熱電素子のユニット数を増加させた場合にこの小ピークが増大するか否かを検討するために、モデルの拡張を行い、数値的な評価を行う準備に着手した。
また、量子熱電素子のモデル化の方法として、従来のシステムー熱浴モデルに対するマスター方程式による定式化とは異なるアプローチとして、注目形が熱浴を構成する量子と個別に繰り返し相互作用することで熱浴の影響を記述する「Collision model」と呼ばれる手法にも着手し、その有用性を評価した。Collision modelでは、コヒーレンスを有する非熱的熱浴の効果や、システムー熱浴間の相互作用が強い強結合領域などを柔軟かつ詳細に分析できる利点がある。このような利点を利用して熱浴コヒーレンスや強結合の効果が量子熱電素子の効率に及ぼす影響を検討したほか、協同現象に及ぼす影響を検討するための予備計算にも着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
量子熱電素子のユニット数が比較的少数の場合に、熱電流に協同現象による増強可能性を示唆する結果を得られたことは前進であったが、熱浴のモデル化方法としてCollision modelなどの他のアプローチの検討にも時間を要したため、ユニット数に対する増強効果の系統的な検討には至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度に得られた少数ユニット数に対する知見を元に、ユニット数に対する熱電流の増強効果を系統的に検討する。
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