| Project/Area Number |
22K20350
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高三 和晃 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80893768)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | アクティブマター / 量子開放系 / 非平衡系 / フロッキング転移 / 非平衡量子現象 |
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| Outline of Research at the Start |
アクティブマターは、自ら動く粒子の集まりであり、鳥や魚の群れ・バクテリア集団などのモデルとして盛んに研究されている。我々は最近、量子力学に従う多粒子系に対してアクティブマター概念を拡張した「量子アクティブマター」を初めて提案した。平衡状態では生じえない相転移を示す量子アクティブマターは、新しい量子物質相を探索する沃野であり、物性物理学の新たな方向性を拓くものである。しかし、まだ少数の例が見つかったに過ぎず、その全体像は明らかになっていない。そこで本計画では、量子アクティブマターの基礎理論を構築し、それを人工量子系や固体電子系を舞台とする物性科学へ応用することを目指して理論研究に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、近年我々が新たに見出した非平衡物質相「量子アクティブマター」についての基礎理論を構築し、実験や応用に向けた理論提案を行うことを目指している。今年度の最も大きな成果は、昨年度見出した「群れの形成と類似した相転移」である「アクティブ性誘起強磁性」の研究を推し進め、これに関する論文をまとめたことである。本論文では、我々が以前提案した量子アクティブマター模型を簡単化した１次元のモデルを新たに提案し、このモデルにおいて、アクティブ性（それぞれの粒子の持つ推進力）を大きくすることで粒子の持つスピンが揃う、すなわち、強磁性秩序が発現することを明らかにした。推進力に起因して向きを揃える振る舞いは、鳥などが群れを形成する際に向きを揃える「フロッキング転移」と類似している。一方、これまで古典アクティブマターで知られていたフロッキング転移は、スピン間相互作用が必要だったのに対し、我々の見出した強磁性は粒子間斥力のみで生じる。これは量子アクティブマターに特徴的な振る舞いだと考えられる。また、模型を簡単化したことで解析的な取り扱いが可能になり、数値シミュレーションによらない厳密な結果を得られたことも、理論的に重要な進展であった。本論文は２０２３年度末に受理、２０２４年度４月に出版された。本成果に関してプレスリリースも行い、複数のメディアで取り上げて頂いた。また、本成果に関して、国際ワークショップでの招待講演を２件を含む、複数の研究会・国際会議での発表も行った。
これに加え、今後の量子アクティブマター研究のさらなる展開を見据え、他の非平衡物質相に関する研究も推進している。中でも、光で駆動された超伝導体の振る舞いに関する研究成果に関しては、国際会議での招待講演を2件行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの数値シミュレーションにもとづく研究だけでなく、解析的な結果も得られたこと、そして、「向きを揃える相互作用無しのフロッキング」という、量子系特有と期待される振る舞いを見いだせたことは「量子アクティブマター物理の基礎を確立する」という目標に向けての大きな進展であった。また、本研究で扱ったモデルは、散逸のある冷却原子気体での実現を念頭に置いており「実験や応用に向けた理論提案を行う」という目標に向けても着実に歩みを進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで同様、基礎理論確立に向けた研究を進める一方、現実的な実験提案を目指す研究にも注力していく。具体的には、現在のモデルを拡張することで、ポストセレクション(事後選択)無しで観測できる実験提案を行いたいと考えている。また、冷却原子気体に限らず、さまざまな人工量子系を念頭に置いて、より実現性の高いセットアップを探索することも検討している。
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