多自由度の協力現象として現れる量子効果とダイナミクスの研究

• 研究課題/領域番号: 18K03444
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13010:数理物理および物性基礎関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮下 精二 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (10143372)
• 研究分担者: 森 貴司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (00647761) ; 西野 正理 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主幹研究員 (80391217)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 量子ダイナミクス / 準安定状態 / スピンダイナミクス / 磁化反転 / 遍歴磁性体 / スピンクロスオーバー / 光励起スピン状態 / 双極子相互作用 / 量子散逸系 / ギャップ度スピン系 / 実効スピンキュービット / 光相安定性 / 量子マスター方程式 / 行列積波動関数 / フロケリュービル演算子 / 量子スピン系 / 不純物誘起磁化 / キャビティQED / 集団運動

研究実績の概要

量子ダイナミクスに関連して、特に準安定状態での量子状態に関する研究を進めた。これまで進めてきたハバード模型での強磁性（拡張長岡強磁性モデル）とモット非磁性状態間の量子相転移する研究の実現の格子依存性などを明らかにし、論文発表した。この研究はホールドーピングは小さい場合の長岡強磁性についての研究であるが、新たに大きなドーピングの場合の特徴も詳しく調べた。
また、準安定状態間の遷移を、特定の周波数の組み合わせをもつ交流外場によって純量子的に行う制御法について提案、具体例を明らかにした。この方法は、従来知られていた強磁場での反転(Stoner-Wolfarth model)やエネルギーが一致した準位間の量子トンネル現象とは全く異なる、これまでに知られていなかった方法であり、PRLのEditors'selectionに選ばれた。さらに、その方法の詳しいパラメータ依存性を調べ、準位間の逐次的遷移の方法との比較を行い、優位性を明らかにした。さらに、対応する操作が古典極限でも存在することを示し、その定式化と具体例を論文発表した。
また、Gdイオンと離散準位系との相互作用の量子論的強結合による準位構造を詳しく調べ、超伝導共振器の機構に関する研究も行い論文発表した。
準安定状態緩和に関して、パラメータ掃引に伴う緩和の振る舞いを明らかにし、永久磁石の保磁力の評価を行った。また、スピンクロスオーバー系での超短パルス照射後の秩序化の振る舞いについても研究を進め、これらに関する論文発表した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

これまでコロナなどの影響で論文製作が進んでいなかったが、それらについて研究をまどめた。特に準安定状態での量子状態を制御する具体的な方法を発見し、論文発表するなど大きな進展があった。また、ハバードハバード模型での強磁性（拡張長岡モデル）での大きなホールドーピングの効果に関しても詳しい研究がまとまり、論文を準備中である。さらに、量子状態の実時間での制御に関する研究にも着手し、新規な発見があり、近く論文発表の予定している。

今後の研究の推進方策

ハバードハバード模型での強磁性（拡張長岡モデル）での大きなホールドーピングの効果に関する論文をまとめ、発表する。
量子状態の実時間での制御に関して、重要になる断熱プロセスの有効な実現に向けて現在、研究を進めている量子移送に関連する論文をまとめ、論文として発表する。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [国際共同研究] Forschungszentrum J¨ulich Organization(ドイツ)
• [国際共同研究] CNRS, Aix-Marseille Universit´e,/CNRS, Universit´e de Lille/University of Versailles , CNRS(フランス)
• [国際共同研究] High Magnetic Field Laboratory, Florida(米国)
• [国際共同研究] National High Magnetic Field Laboratory(米国)
• [国際共同研究] Forschungszentrum Juelich,(ドイツ)
• [国際共同研究] CNRS, Aix-Marseille University(フランス)
• [雑誌論文] Sequential resonance for giant quantum oscillations above the energy barrier and its classical counterpart (2024)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Seiji、Barbara Bernard
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.104301
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low Temperature Behavior of Itinerant Ferromagnet Realized in Extended Nagaoka Mechanism (2023)
  • 著者名/発表者名: Onishi Hiroaki、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 011157-011157
  • DOI: 10.7566/jpscp.38.011157
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiscale out-of-equilibrium dynamics driven by pulsed laser excitation in spin-crossover materials: A combined thermoelastic and mechanoelastic study (2023)
  • 著者名/発表者名: Stoleriu Laurentiu、Nishino Masamichi、Miyashita Seiji、Stancu Alexandru、Bertoni Roman、Collet Eric、Lorenc Maciej、Enachescu Cristian
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.014306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] How to Cross an Energy Barrier at Zero Kelvin without Tunneling Effect (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Seiji、Barbara Bernard
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 131 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.131.066701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative estimation of coercive field in a ferromagnetic grain using field sweep simulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishino Masamichi、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.184422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Coupling of a Gd3+ Multilevel Spin System to an On-Chip Superconducting Resonator (2023)
  • 著者名/発表者名: Franco-Rivera Giovanni、Cochran Josiah、Miyashita Seiji、Bertaina Sylvain、Chiorescu Irinel
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 19 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.19.024067
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nd₂Fe₁₄B系永久磁石における熱活性磁化過程の原子論的理論 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮下 精二, 西野 正理, 栂 裕太, 檜原 太一, Ismail Enes UYSAL, 三宅 隆, 赤井 久純, 広沢 哲, 佐久間 昭正
  • 雑誌名: 粉体および粉末冶金 巻: 69 号: Supplement ページ: S126-S146
  • DOI: 10.2497/jjspm.69.S126
  • NAID: 130008145814
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • 年月日: 2022-01-30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microscopic study on the angular dependence of coercivity at zero and finite temperatures (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayasaka Hiroshi、Nishino Masamichi、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.224414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic origin of coercivity enhancement by dysprosium substitution into neodymium permanent magnets (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishino Masamichi、Hayasaka Hiroshi、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.054422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sustaining Rabi oscillations by using a phase-tunable image drive (2022)
  • 著者名/発表者名: De Raedt Hans、Miyashita Seiji、Michielsen Kristel、Vezin Herv?、Bertaina Sylvain、Chiorescu Irinel
  • 雑誌名: The European Physical Journal B 巻: 95 号: 9
  • DOI: 10.1140/epjb/s10051-022-00406-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Finite-temperature properties of extended Nagaoka ferromagnetism: Ordering processes and precursor of a quantum phase transition between itinerant ferromagnetic and Mott antiferromagnetic states (2022)
  • 著者名/発表者名: Onishi Hiroaki、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.134436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transition materials: Molecular and solid-state (2022)
  • 著者名/発表者名: Boukheddaden Kamel、Miyashita Seiji、Triki Smail
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 132 号: 22 ページ: 220402-220402
  • DOI: 10.1063/5.0135246
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Atomistic theory of thermally activated magnetization processes in Nd2Fe14B permanent magnet (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Seiji、Nishino Masamichi、Toga Yuta、Hinokihara Taichi、Uysal Ismail Enes、Miyake Takashi、Akai Hisazumi、Hirosawa Satoshi、Sakuma Akimasa
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 22 号: 1 ページ: 658-682
  • DOI: 10.1080/14686996.2021.1942197
  • NAID: 130008145814
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of the surface magnetic anisotropy of neodymium atoms on the coercivity in neodymium permanent magnets (2021)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishino, Ismail Enes Uysal, and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 103 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.014418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite-temperature dynamical and static properties of Nd magnets studied by an atomistic modeling (2021)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishino, Ismail Enes Uysal, Taichi Hinokihara, and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 号: 2 ページ: 025102-025102
  • DOI: 10.1063/9.0000070
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systematic survey of magnetic configurations in multilayer (2021)
  • 著者名/発表者名: Taichi Hinokihara and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 103 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.054421
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自由エネルギーからみた希土類磁石の保磁力と核生成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栂裕太・宮下誠二
  • 雑誌名: 日本磁気学会まぐね 巻: 16 ページ: 27-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of atomic-scale thermal fluctuations in the coercivity (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Toga, S. Miyashita, A. Sakuma and T. Miyake
  • 雑誌名: npj Computational Materials 巻: 6 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41524-020-0325-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamical aspects of magnetization reversal in the neodymium permanent magnet by a stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert simulation at finite temperature: Real-time dynamics and quantitative estimation of coercive force (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Nishino, I. E. Uysal, T. Hinokihara, and S. Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 102 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.020413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic-Pole Flip by Millimeter Wave (2020)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Ohkoshi, Marie Yoshikiyo, Kenta Imoto, Kosuke Nakagawa, Asuka Namai, Hiroko Tokoro, Yuji Yahagi, Kyohei Takeuchi, Fangda Jia, Seiji Miyashita, Makoto Nakajima, Hongsong Qiu, Kosaku Kato, Takehiro Yamaoka, Masashi Shirata, Kenji Naoi, Koichi Yagishita, and Hiroaki Doshita
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 32 号: 48 ページ: 2004897-2004897
  • DOI: 10.1002/adma.202004897
  • NAID: 120007180694
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 1次相転移のダイナミクス ー準安定状態の緩和ー (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮下精二
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 55 ページ: 161-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical phase transition in Floquet optical bistable systems: An approach from finite-size quantum systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Shirai, Synge Todo, and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 101 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.101.013809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic-frustration-driven unusual magnetoelastic properties in a switchable core-shell spin-crossover nanostructure (2020)
  • 著者名/発表者名: Yogendra Singh, Hassane Oubouchou, Masamichi Nishino, Seiji Miyashita, and Kamel Boukheddaden
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 101 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.054105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic field threshold for nucleation and depinning of domain walls in the neodymium permanent magnet Nd 2 Fe 14 B (2020)
  • 著者名/発表者名: Ismail Enes Uysal, Masamichi Nishino, and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 101 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.094421
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of localized effective spins in gapped quantum spin chains (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayate Nakano and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 100 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.195105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multistep spin-crossover transitions induced by the interplay between short- and long-range interactions with frustration on a triangular lattice (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishino, Cristian Enachescu, and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 100 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.134414
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nontrivial temperature dependence of ferromagnetic resonance frequency for spin reorientation transitions (2019)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishino and Seiji Miyashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 100 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.020403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical bistability in a low-photon-density regime (2018)
  • 著者名/発表者名: Shirai Tatsuhiko、Todo Synge、de Raedt Hans、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 98 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.98.043802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multistability in an unusual phase diagram induced by the competition between antiferromagnetic-like short-range and ferromagnetic-like long-range interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishino Masamichi、Rikvold Per Arne、Omand Conor、Miyashita Seiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.144402
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Mechanisms of separation of the elastic step and the thermal step (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita,M. Nishino and C. Enachescu
  • 学会等名: PDSTM2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ボルテックス転移の将来 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮下精二
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Extended Nagaoka Ferromagnetism in Hubbard Model with Particle Bath (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita and H. Onishi
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics
• [学会発表] Low Temperature Behavior of Itinerant Ferromagnet Realized in Extended Nagaoka Mechanism (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi and S. Miyashita
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics
• [学会発表] Strong coupling of a Gd3+ multilevel spin system to an on-chip superconducting resonator (2022)
  • 著者名/発表者名: Giovanni Franco-Rivera, Josiah Cochran, Seiji Miyashita, Sylvain Bertaina, Irinel Chiorescu
  • 学会等名: APS March meeting 2022(A37.00005)
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient Monte Carlo Simulation of Ferromagnetic Spin Configuration (2022)
  • 著者名/発表者名: Qifang Li, Taichi Hinokihara, Seiji Miyashita, Satoru Nakatsuji
  • 学会等名: APS March meeting 2022(M54.00012)
  • 国際学会
• [学会発表] Challenges to the coercivity of Nd-Fe-B magnet (2021)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: SPEC CEA seminar (France)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ネオジム磁石の保磁力における表面Ndの磁気異方性と熱揺らぎの効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Nishino, I. E. Uysal, T. Hayasaka, S. Miyashita
  • 学会等名: 金属学会2021春期大会
  • 招待講演
• [学会発表] Collapse of metastable states in quantum systems I (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: 先端研レクチャーシリーズ Advanced Science Research Center JAEA
  • 招待講演
• [学会発表] Collapse of metastable states in quantum systems II (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: 先端研レクチャーシリーズ Advanced Science Research Center JAEA
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic approach to the Nd-Fe-B magnet; Coercivity at finite temperatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: 理論セミナー ISSP, The University of Tokyo
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic approach to the Nd-Fe-B magnet; Coercivity at finite temperatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: KEK連携セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic study of thermally-activated magnetization processes in rare earth permanent magnets (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita, Masamichi Nishino, Yuta Toga, Taichi Hinokihara, Ismail. E. Uysal, Takashi Miyake, Hisazumi. Akai, Satoshi Hirosawa, Akimasa Sakuma
  • 学会等名: The 44th MSJ Conference on Magnetics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Finite-Temperature Dynamical and Static Properties of the Nd Magnet Studied by an Atomistic Modeling (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Nishino, I.E. Uysal, T. Hinokihara, S. Miyashita,
  • 学会等名: MMM 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The effect of the surface magnetic anisotropy of Nd atoms on the coercivity in Nd-Fe-B magnets (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Nishino, I. E. Uysal, S. Miyashita
  • 学会等名: 44th MSJ meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 量子マスター方程式による低光子密度量子状態での光双安定性の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Shirai, Synge Todo, Hans De Raedt, and Seiji Miyashita
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用及び 物質科学研究センター合同研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of collapse of metastable states (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita
  • 学会等名: Fronties of Statistical Physics: FSP2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic Approach to the Nd2Fe14B magnet (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita, Y. Toga, M. Nishino, T. Hinokihara, I. E. Uysal, A. Sakuma, T. Miyake, H. Akai and S. Hirosawa
  • 学会等名: Material Research Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of separation of the elastic step and the thermal step (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita,a, M. Nishino and C. Enachescu
  • 学会等名: PDSTM2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamical phase transitions in a cavity quantum electrodynamics (cavity QED) -- Optical bistability -- (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 学会等名: 96ｔｈ ASRC Colloquium
  • 招待講演
• [学会発表] 時間的に変調された外場の下での光双安定性のダイナミクス-フロケを用いた解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 白井達彦, 藤堂眞治, 宮下精二
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] 量子スピン系の不純物に誘起される局在したスピン自由度の行列積表現とその構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野 颯, 宮下 精二
  • 学会等名: 日本物理学会日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Optical bistablity in a strong-coupled quantum low photon-density regime (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita
  • 学会等名: ENS-US workshop, Paris
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Floquet prethermalization and eventual heating in classical spin systems, Floquet Theory (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Mori
  • 学会等名: Fundamentals and Applications, Kyoto
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 統計力学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮下精二
  • 総ページ数: 216
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320035089
• [図書] Collapse of Metastability (2022)
  • 著者名/発表者名: Seiji Miyashita
  • 総ページ数: 255
  • 出版者: Springer 10.1007/978-981-19-6668-2
  • ISBN: 9789811966675
• [図書] 基幹講座物理学 統計力学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮下精二
  • 総ページ数: 289
  • 出版者: 東京図書
  • ISBN: 9784489023446
• [図書] ゆらぎと相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮下精二
  • 総ページ数: 168
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621302965