2022 Fiscal Year Final Research Report
Quantum simulation of novel superconducting phases in flat band systems using optical lattices
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19K03691
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 大輔 日本大学, 文理学部, 准教授 (80603505)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フラットバンド超伝導 / 光格子 / ペア密度波 / ヒッグスモード / エンタングルメントエントロピー / スピン流 / 測定型量子計算 |
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| Outline of Final Research Achievements |
In order to simulate the novel superconducting state of systems with flat bands using fermionic atoms in an optical lattice, this study conducted an analysis of the superconducting state using the attractive Hubbard model on the Lieb lattice. At specific fillings with flat bands, a pair density wave superconducting state appeared where the value of the superconducting gap varied depending on the sublattice, revealing its connection to the flat-band ferromagnetism in the repulsive Hubbard model. Furthermore, taking a broader perspective, various physics related to flat-band superconductors were investigated, including the Higgs mode in superconductors, spin currents in spin-1 Bose-Einstein condensates, entanglement dynamics of Bose particles in optical lattices, and applications to measurement-based quantum computing.
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| Free Research Field |
冷却原子気体、量子情報
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
フラットバンドという特徴を持つ超伝導物質は、高い温度で超伝導になるなど、様々な興味深い性質を持つことが予想されている。最近の実験では、レーザーで作った周期である光格子に冷却した原子を閉じ込めることで、固体中の電子と同じ状況を作り出し、超伝導状態を人工的な系でシミュレートすることが可能である。本研究では、そのような系を想定しフラットバンドを持つ超伝導状態について理論的に調べ、ペア密度波という空間的な秩序を持つ新奇な超伝導状態が現れる可能性があることを発見した。ペア密度波状態は高温超伝導体において見られている。この研究によりフラットバンドを持つ超伝導体と高温超伝導体との強い関連が明らかになった。
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