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磁性超流体における自己束縛した量子小滴

研究課題

研究課題/領域番号 17K05595
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関電気通信大学

研究代表者

斎藤 弘樹  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60334497)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードボース・アインシュタイン凝縮 / 超流動 / 磁性 / 量子渦 / ラビ振動 / 機械学習 / ニューラルネットワーク / 磁気双極子相互作用 / 量子エレクトロニクス / 原子・分子物理
研究成果の概要

磁性の強い粒子が多数集まると興味深い空間構造を形成する場合がある。例えば、磁石に引きつけられ磁化された砂鉄はとげ状の構造を作って凝集する。本研究では、超低温で粘性のない超流動体においても、磁性によって同様な空間構造が形成されることを理論的に明らかにした。逆向きに磁化した2種類の超流動体を互いに接して準備すると、その界面が不安定になって変形し、水の中に油の小滴ができるように、やがて一方の超流動体が他方の中で多数の小滴を形成し安定化することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

流体力学は我々の身の回りの気体や液体の運動を支配しており、工学的応用という観点からも重要な研究分野である。一方、超流動体の運動を支配する量子流体力学は応用との関連は薄いが、粘性ゼロ、渦の量子化という理想的な流体の性質を持っており、その研究は流体の本質を知る上で重要である。本研究で得られた、二成分超流動体における界面不安定性や小滴形成といった現象も、量子流体力学的観点から新しい知見を与える結果である。また、磁性を持つ流体に関しての研究は古典流体においてもそれほど多くはなく、磁性流体力学という観点からも意義のある研究である。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 5件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] オハイオ州立大(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Effects of atom numbers on the miscibility-immiscibility transition of a binary Bose-Einstein condensate2020

    • 著者名/発表者名
      Wen Lin、Guo Hui、Wang Ya-Jun、Hu Ai-Yuan、Saito Hiroki、Dai Chao-Qing、Zhang Xiao-Fei
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 101 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.101.033610

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Neural-network quantum states at finite temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Irikura Naoki、Saito Hiroki
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 1

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.013284

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dissipation-Assisted Coherence Formation in a Spinor Quantum Gas2019

    • 著者名/発表者名
      Eto Yujiro、Shibayama Hitoshi、Shibata Kosuke、Torii Aki、Nabeta Keita、Saito Hiroki、Hirano Takuya
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 24

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.245301

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction modulation in a long-lived Bose-Einstein condensate by rf coupling2019

    • 著者名/発表者名
      Shibata Kosuke、Torii Aki、Shibayama Hitoshi、Eto Yujiro、Saito Hiroki、Hirano Takuya
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 99 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.99.013622

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry-breaking instability of leapfrogging vortex rings in a Bose-Einstein condensate2019

    • 著者名/発表者名
      Ikuta Mayumi、Sugano Yumi、Saito Hiroki
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 99 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.99.043610

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Faraday patterns generated by Rabi oscillation in a binary Bose-Einstein condensate2019

    • 著者名/発表者名
      Chen Terun、Shibata Kosuke、Eto Yujiro、Hirano Takuya、Saito Hiroki
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 100 号: 6

    • DOI

      10.1103/physreva.100.063610

    • NAID

      130008157588

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of vortices followed by the collapse of ring dark solitons in a two-component Bose-Einstein condensate2018

    • 著者名/発表者名
      L.-X. Wang, C.-Q. Dai, L. Wen, T. Liu, H. Jiang, H. Saito, S.-G. Zhang, and X.-F. Zhang
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 号: 6

    • DOI

      10.1103/physreva.97.063607

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Method to solve quantum few-body problems with artificial neural networks2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 7 ページ: 074002-074002

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.074002

    • NAID

      210000134892

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Orthogonal and antiparallel vortex tubes and energy cascades in quantum turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Kadokura and Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 3 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevfluids.3.104606

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fingering instabilities and pattern formation in a two-component dipolar Bose-Einstein condensate2018

    • 著者名/発表者名
      Kui-Tian Xi, Tim Byrnes, and Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreva.97.023625

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spinor dynamics in a mixture of spin-1 and spin-2 Bose-Einstein condensates2018

    • 著者名/発表者名
      Yujiro Eto, Hitoshi Shibayama, Hiroki Saito, and Takuya Hirano
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreva.97.021602

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine learning technique to find quantum many-body ground states of bosons on a lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saito and Masaya Kato
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 1 ページ: 014001-014001

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.014001

    • NAID

      40021431748

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ground-state phases of a mixture of spin-1 and spin-2 Bose-Einstein condensates2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Irikura, Yujiro Eto, Takuya Hirano, and Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreva.97.023622

    • NAID

      130007735843

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vortex pairs in a spin-orbit coupled Bose-Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kato, Xiao-Fei Zhang, and Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 95 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.95.043605

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Solving the Bose-Hubbard model with machine learning2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 9 ページ: 093001-093001

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.093001

    • NAID

      130007648651

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Moving obstacle potential in a spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kato, Xiao-Fei Zhang, and Hiroki Saito
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 96 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.96.033613

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いた有限温度系の量子多体状態の計算2020

    • 著者名/発表者名
      入倉直輝,斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ラビ結合した2成分BECにおけるパターン形成2020

    • 著者名/発表者名
      陳特潤, 柴田康介, 衞藤雄二郎, 平野琢也, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Orthogonal and antiparallel vortex tubes and energy cascades in quantum turbulence2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Kadokura and Hiroki Saito
    • 学会等名
      Turbulence of All Kinds
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習を用いたBose-Hubbard模型の相の分類2019

    • 著者名/発表者名
      山本礼久, 入倉直輝, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピン1・スピン2BECの混合系における基底状態の相図2019

    • 著者名/発表者名
      入倉直輝、衞藤雄二郎、平野琢也、斎藤弘樹
    • 学会等名
      第16回原子・分子・光科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 量子乱流における渦度分布の階層構造2019

    • 著者名/発表者名
      門倉強、斎藤弘樹
    • 学会等名
      第16回原子・分子・光科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 複数量子渦輪の不安定性2019

    • 著者名/発表者名
      菅野優美、幾田麻友美、斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子乱流における渦度分布の階層構造2018

    • 著者名/発表者名
      門倉強, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁気双極子相互作用するBECにおけるレイリー・テイラー不安定性2018

    • 著者名/発表者名
      Kui-Tian Xi, Tim Byrnes, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] スピン1・スピン2BECの混合系における基底状態の相図2018

    • 著者名/発表者名
      入倉直輝, 衞藤雄二郎, 平野琢也, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ラビ結合した2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の相分離ダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      柴田康介, 柴山均, 鳥居明季, 戸田寛之, 鈴木涼太, 高橋雅裕, 衞藤雄二郎, 斎藤弘樹, 平野琢也
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ボース・アインシュタイン凝縮体の相分離ダイナミクス光トラップ形状依存性III2018

    • 著者名/発表者名
      柴山均, 鳥居明季, 柴田康介, 高橋雅裕, 衞藤雄二郎, 斎藤弘樹, 平野琢也
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いたBose-Hubbard模型の基底状態の計算法2018

    • 著者名/発表者名
      斎藤弘樹, 加藤雅也
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ボース・アインシュタイン凝縮体の相分離ダイナミクス光トラップ形状依存性II2017

    • 著者名/発表者名
      柴山均, 鳥居明季, 柴田康介, 衞藤雄二郎, 斎藤弘樹, 平野琢也
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] スピン軌道相互作用するBECにおける量子渦対2017

    • 著者名/発表者名
      加藤雅也, Xiao-Fei Zhang, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ドーナツ型トラップ中におけるスピン軌道相互作用するBEC2017

    • 著者名/発表者名
      Xiao-Fei Zhang, 加藤雅也, 斎藤弘樹
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Phase separation of Rabi-coupled spin states in an 87Rb F=1 BEC2017

    • 著者名/発表者名
      A. Torii, R. Suzuki, H. Toda, H. Shibayama, K. Shibata, M. Takahashi, Y. Eto, H. Saito, T. Hirano
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure Out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase separation and pattern formation of binary Bose-Einstein condensates in various optical trap shapes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Shibayama, A. Torii, K. Shibata, M. Takahashi, Y. Eto, H. Saito, T. Hirano
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure Out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Symmetry breaking magnetization in spinor Bose-Einsteini condensates2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saito
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure Out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin sculpting in dissipative spinor Bose-Einstein condensates2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Eto, H. Shibayama, A. Torii, H. Saio, T. Hirano
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure Out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Matter-wave droplets in a dipolar Bose-Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saito
    • 学会等名
      ADVANCES IN MATHEMATICAL MODELLING AND NUMERICAL SIMULATION OF SUPERFLUIDS
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 物理学者,機械学習を使う2019

    • 著者名/発表者名
      橋本 幸士、大槻 東巳、真野 智裕、斎藤 弘樹、藤田 浩之、安藤 康伸、永井 佑紀、青木 健一、藤田 達大、小林 玉青、大関 真之、久良 尚任、福嶋 健二、村瀬 功一、船井 正太郎、柏 浩司、富谷 昭夫
    • 総ページ数
      212
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254131291
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-21  

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