2017 Fiscal Year Research-status Report
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15K17726
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川口 由紀 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00456261)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピン軌道相互作用 / 冷却原子気体 / スキルミオン / トポロジカル励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] スピンと軌道角運動量の結合した原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)のダイナミクスを調べた。ラゲール・ガウスビームを用いると、原子のスピン自由度と軌道角運動量を結合させることができ、原子の磁気副準位に応じた角運動量を与えることができる。この方法によりスピン渦状態が実験で生成されたため、そのダイナミクスを理論的に調べた。その結果、スピン渦は非常に長時間安定であること、およびスピン・軌道角運動量結合を消すと渦が２つの半整数量子渦に分裂することがわかった。本研究は台湾の中央研究院の実験グループとの共同研究で、現在論文投稿中である。
[2] 単原子層の遷移金属ダイカルコゲナイト(TMS)において、バレー・エデルシュタイン効果が起こることを示した。スピン軌道相互作用する物質では、軌道とスピン自由度の結合により、電場をかけるとそれに垂直方向にスピン分極が起こるというエデルシュタイン効果が知られている。本研究では、TMSではイジングタイプのスピン軌道結合があるためにバレー依存したエデルシュタイン効果が起こることを示し、誘起されるスピンは電場に平行成分を持つことを明らかにした。この研究は香港科学技術大学との共同研究で、現在論文投稿中である。
[3] スピン軌道結合したBECにおける励起スペクトルをトポロジーにより分類した。凝縮体の励起はボゴリュボフ方程式により記述されるが、ボース粒子の場合にはその統計を反映して、ボゴリュボフ方程式が非エルミート固有値方程式となり、固有値に複素数が出現しうる。本研究では、固有値に複素固有値が出現する場合にも有用なトポロジカル数を導出した。この研究成果は現在論文を執筆中である。
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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
前年度からの課題であったボース粒子系の運動量空間におけるトポロジーの研究については、実績の概要[3]で述べたとおり進展があった。トポロジカル励起に関して実験グループと共同研究（実績の概要[1]）を始めたことも大きな進展である。また、実績の概要[2]にあるように、固体電子系における結果も順調に出せている。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1] 原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体におけるトポロジカル励起のダイナミクスについて、波動関数のマニュフォルドを広げた解析を行い実験と共同研究を進める。
[2] 運動量空間のトポロジーに関して、空間次元が２次元、３次元の場合も考え、トポロジカル数の定義を拡張する。
[3] 磁気スキルミオンに働く相互作用について、引力相互作用が生じる場合があることがわかった。スキルミオンが格子状に並んだときにこの相互作用がどのように影響をおよぼすかを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（理由）他の予算を獲得し、そちらの研究に関する出張が多くなったため。
（使用計画）成果発表旅費に使う。
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