2023 Fiscal Year Research-status Report
Exploration of quantum active matter physics and its application to condensed matter physics
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22K20350
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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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| 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 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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| Causes of Carryover |
想定よりも出張旅費を抑えることが出来たため。翌年度分に関しては、研究成果発表のための旅費や論文出版料に充てる予定である。
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