2021 Fiscal Year Annual Research Report
流体力学的手法を用いた強相関系特有の非線形-非平衡現象の解明
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20J22612
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
兎子尾 理貴 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 流体力学 / 異常輸送現象 / 非相反性 / 空間反転対称性の破れ / プラズモン / 異常Hall系 / リザバー計算機 / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は流体力学的アプローチを基軸として、強相関非平衡物性の新たな可能性を模索することを目的としている。このような方法論は「プラズモンのような集団励起が輸送・光学応答に及ぼす影響」や「不安定化に伴う非摂動的ダイナミクス」に関する直観的記述を与えてくれる。
本年度はまず電子流体力学における非相反性の役割に注目した。まず、昨年度得た「空間反転対称性が破れた金属における電子流体理論」を磁場下に拡張し、非相反電子流体力学を定式化した。結果として、Bloch波束がもつ軌道磁気モーメントが磁場と結合することによってプラズモンの分散関係が非相反になった特殊な集団励起モード（非相反表面プラズモン）が実現することを明らかにした。また、これを光学的に共鳴励起することで各種の線形光学応答の非相反性を増強できることを理論的に確認した。以上の成果は国際論文誌Physical Review B (Letter) にて出版済みである。また昨年度に投稿した「異常Hall系における電子流体理論」に関する研究も国際論文誌Physical Review Researchにて出版された。
また、以上の成果とは少し独立した研究として「リザバー計算機」と呼ばれる一種のニューラルネットワークの解析を行った。これは多体系ダイナミクスにおける情報論的側面を明らかにすることを目的としている。また、近年はフォトニクス等の文脈において、リザバー計算機を固体やレーザーを用いてハードウェアとして実装する研究（”physical reservoir computer”の研究）が盛んに行われており、本研究もそういった研究への足掛かりになると期待される。具体的には、MSRDJ経路積分法と呼ばれる統計力学的手法を用いて、large-N極限におけるリザバー計算機の普遍的なダイナミクスを明らかにした。以上の成果は現在、国際論文誌に投稿中である。
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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
固体中の電子流体力学における非相反性・磁気秩序の役割を体系的に明らかにしたことが本年度の重要な研究成果である。これらの成果は、従来の理論では記述できなかったような、特殊な集団励起モードや異常輸送現象の存在を予言しており、電子流体力学という分野に対して新たな研究指針を示すものになったと考えている。また、これらの理論を活用することで、プラズモニクスやスピントロニクスといった様々な応用分野にも新しい視点・展開をもたらすことができると思われる。以上は、流体力学に基づいた強相関ダイナミクスの解明に向けた重要な一歩であり、本研究課題の目的にも即したものであると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究では、プラズモンとBloch波動関数の幾何学的構造の間に密接な関係を見出すことに成功した。そこで、今後はこれらの知見をプラズモニクスなどの応用分野に適用し、（テラヘルツ光センサーなどを含む）新奇なプラズモニックデバイスの理論提案に取り組みたい。また、前年度達成できなかった（不安定化現象などの）電子系の非摂動的輸送・光学応答の解析も行っていく予定である。これらの研究を通して、電子流体力学は基礎理論的な側面を超えて、応用分野まで包含するような重要な研究領域へと発展できると期待している。
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Research Products
(3 results)
