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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical study of quantum frustrated systems: Connecting solid-state materials and optical lattice quantum simulators

Research Project

Project/Area Number 18K03525
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

山本 大輔  日本大学, 文理学部, 准教授 (80603505)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords量子シミュレーション / フラストレーション / 磁性体 / 冷却原子気体
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、固体物質系の研究と光格子人工系の研究を相補的に行いながら、その知見をもとにフラストレーションの新たな量子シミュレーション方法を模索してきた。特に三角格子反強磁性スピン系を中心として、CsCuCl3といった量子フラストレート磁性体の量子性の制御やその物理の理解から、光格子中の冷却原子フラストレート系の実現法の提案まで、固体物質系と光格子量子シミュレータを繋ぐ新奇フラストレート量子物性の理論研究を行ってきた。
最終年度はこれまでの研究で得た成果をもとに、量子フラストレート磁性に対する冷却原子系を用いた量子シミュレーションの実際の実現に向けて、実際に実験を行っているグループと研究打ち合わせをしながら、より実験的な状況を想定した理論研究を行った。具体的には、まずは従来のフロケ機構によるフラストレート三角格子人工系の作成を目指した。理論的な予想相図を元に実験結果を解釈し、これまで実現していなかった低密度領域(量子領域)でのカイラル超流動相(磁性の言葉では120度ネール相)の同定を行うことが出来た。
研究期間全体を通じて研究は予定よりも概して早く進み、「光格子系にフラストレーションを実装するための負温度を用いたプロトコルの提案」や「結合スピン鎖物質に対する圧力による磁気パラメータ制御」などの達成すべき主要な研究内容は全て実施することができ、顕著な結果を得ることができた。特に負温度を用いた幾何学的フラストレーションの導入は、従来の光格子の高速振動によるフロケ機構を用いた方法と比較してヒーティングの軽減などの利点があり、今後の量子シミュレーション研究に大きな影響を与えると期待できる。

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Sun Yat-sen University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Sun Yat-sen University
  • [Int'l Joint Research] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Helmholtz-Zentrum Berlin
  • [Int'l Joint Research] Georgia Institute of Technology(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Georgia Institute of Technology
  • [Journal Article] Linear Flavor-Wave Analysis of SU(4)-Symmetric Tetramer Model with Population Imbalance2022

    • Author(s)
      Miyazaki Yuki、Marmorini Giacomo、Furukawa Nobuo、Yamamoto Daisuke
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 91 Pages: 073702

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.073702

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ground state of the S=1/2 triangular lattice Heisenberg-like antiferromagnet Ba3CoSb2O9 in an out-of-plane magnetic field2022

    • Author(s)
      Liu X. Z.、Prokhnenko O.、Bartkowiak M.、Gazizulina A.、Yamamoto D.、Matsuo A.、Kindo K.、Okada K.、Kurita N.、Tanaka H.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 214433

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.214433

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Supersolid devil's staircases of spin-orbit-coupled bosons in optical lattices2022

    • Author(s)
      Yamamoto Daisuke、Bannai Kotaro、Furukawa Nobuo、S? de Melo Carlos A. R.
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 4 Pages: L032023

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.4.L032023

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Field-orientation dependence of quantum phase transitions in the S=1/2 triangular-lattice antiferromagnet Ba3CoSb2O92022

    • Author(s)
      Okada Kazuki、Tanaka Hidekazu、Kurita Nobuyuki、Yamamoto Daisuke、Matsuo Akira、Kindo Koichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 104415

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.104415

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SU(N)原子気体と非一様外場を用いた光格子量子シミュレータの効率的冷却2023

    • Author(s)
      山本大輔, 森田克洋
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] 数値対角化による自発的対称性の破れの解析:量子スピンソルバーQS32023

    • Author(s)
      友成未久, 上田宏, 下川統久朗, 山本大輔
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] SU(N)磁性を用いた強相関電子系量子シミュレータの断熱冷却2022

    • Author(s)
      山本大輔, 森田克洋
    • Organizer
      第18回量子スピン系研究会
  • [Presentation] 大域的操作によるスパイラル観測基底を用いた光格子系の密度行列再構築2022

    • Author(s)
      山本大輔, 馬場圭都, Giacomo Marmorini
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] 一次元光格子中SU(3)冷却原子気体における外場効果とスピンネマティック液体2022

    • Author(s)
      山本大輔, 古谷峻介
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] Supersolid Devil’s staircases of spin-orbit-coupled bosons in optical lattices2022

    • Author(s)
      Daisuke Yamamoto
    • Organizer
      Connections between cold atoms and nuclear matter: From low to high energy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Pressure effects on the magnetic transition temperature of CsCuCl3: CMF+TPQ analysis2022

    • Author(s)
      山本大輔、櫻井敬博、大久保晋、太田仁、田中秀数、上床美也
    • Organizer
      第17回量子スピン系研究会
  • [Remarks] 山本研究室

    • URL

      https://www.phys.chs.nihon-u.ac.jp/yamamoto/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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