Topological charges and soliton excitations protected by simmetries

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26400260
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 江澤 潤一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 客員研究員 (90133925)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 量子場の理論 / トポロジカル量子数 / 量子ホール効果 / スカーミオン / 渦糸ソリトン / ゲージ理論 / 対称性

Outline of Annual Research Achievements

対称性とトポロジーは共に場の理論の基本的概念である。近年提出され注目を浴びているのは、対称性に保護されたトポロジカル相という概念である。今年度は、対称性に保護されたトポロジカル安定な基底状態中でのトポロジカル励起を考察した。具体的には、ミラー対称性によって保護されたトポロジカル荷電をもつ平面絶縁体中のソリトンを考える。この系に磁場をかけると、ミラー対称性がなくなるため、基底状態を特徴づけるトポロジカル荷電が定義されなくなる。しかし、系の連続性は持続するので、ソリトンを特徴づけるトポロジカル量子数は定義され、基底状態が相転移しても、ソリトン励起は存続可能である。現在、論文にまとめるべく準備中である。
私は非可換空間上の物理現象の解析のため、二層量子ホ ール効果の研究を長年に渡って遂行してきた。昨年度に引き続き、二層の電子のスピンが傾斜して反強磁性結合する特有の相に表れるゴールドストーン(GS)モードの関与する物理現象の解析を行った。線形分散をもつGSモードは、サンプル全体に渡ってコヒーレントな現象を実現する。このGSモードはスピン波に他ならないから、サンプルを構成する背景核子のスピンと結合する。この相互作用を実験的に検出する方法を考察した。通常、核スピンは電子スピンと近接超微細相互作用を行うが、これとは質的にも量的にも異なる相互作用である。特に、スピン偏極した電流を流し、核スピンを励起した系は、GSモードとの相互作用で、スピン波の超放射が期待できる。この超放射スピン波の検出方法を考察した。核子スピンは内部磁場として量子ホール効果の起こる占有率に寄与するので、この変化の起こる時間の測定結果は超放射スピン波の発生の証拠とみなせる。現在、実験グループと研究成果を議論している。