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フロケ・エンジニアリングによるトポロジカル非エルミート系の制御

研究課題

研究課題/領域番号 19F19321
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
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

羽田野 直道  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70251402)

研究分担者 HARTER Andrew  東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
HARTER ANDREW  東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード非エルミート量子力学 / トポロジカル量子系 / フロケ理論 / PT対称性 / フロケー理論
研究開始時の研究の概要

Harter氏がPT対称へと拡張した非エルミート・トポロジカル系において、PT対称性そのものを時間周期的にしてフロケ理論を展開します。通常の物質では実現の難しいトポロジカル相を実験室で動的に実現して、観測・実証を容易にするフロケ・エンジニアリングの発想に基づく研究です。将来的には光学素子やメタマテリアル素子とての応用も視野に入ります。
具体的には、トポロジカル模型に対してPT対称な時間周期的外場を与えた系を解析し、新しい相図を得ます。次に、PT対称性を高次元に拡張し、回転対称性と時間反転対称性の組み合わせなどの、より高度な非エルミート対称性による新奇な物理を探究します。

研究実績の概要

トポロジカルな端状態を持つSu-Sshrieffer-Heeger (SSH) モデルに非エルミートな外場をを時間周期的に加えた模型について、詳細に調べました。特に、非エルミート性にもかかわらず端状態の固有値が実数になる場合を探求しました。これはAndrew Harterの過去の2サイトのモデルに関する研究に基づくものです。成果はhttps://arxiv.org/abs/2006.16890に発表しました。
非エルミート化した量子系が注目を集めています。実験でも実現されるようになり、その得意な振る舞いが注目されて、研究発表論文数は急速に増加しています。いまや新しい分野を形成するに至っています。
SSH模型にPT対称性を加えることにより、トポロジカルな端状態がどのように変化するかが調べられましたが、端状態の固有値が複素数となり、不安定化することが示されていました。現実に安定的に存在して観測される状態としては、実固有値であることが望まれます。
本研究では、PT対称な非エルミート性を周期的に変化させることにより、実数固有値の端状態を回復できることを示しました。ただし、PT対称性を単にオン・オフするだけでは駄目で、PT対称性を反転するような周期外場が必要です。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Purdue University Indianapolis(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Non-Hermitian Fabry-Perot Resonances in a PT-symmetric system2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shobe, K. Kuramoto, K.-I. Imura, N. Hatano
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 3 号: 1 ページ: 013223-013223

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013223

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Connecting active and passive $\mathcal{PT}$-symmetric Floquet modulation models2020

    • 著者名/発表者名
      Harter Andrew K、Joglekar Yogesh N
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa181

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrete-time quantum walk on complex networks for community detection2020

    • 著者名/発表者名
      Mukai Kanae、Hatano Naomichi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 2 ページ: 023378-023378

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.023378

    • NAID

      130007736641

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Statistical properties of eigenvalues of the non-Hermitian Su-Schrieffer-Heeger model with random hopping terms2020

    • 著者名/発表者名
      Ken Mochizuki, Naomichi Hatano, Joshua Feinberg, and Hideaki Obuse
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 102 号: 1 ページ: 012101-012101

    • DOI

      10.1103/physreve.102.012101

    • NAID

      120006880728

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Null-eigenvalue localization of quantum walks on complex networks2020

    • 著者名/発表者名
      Bueno Ruben、Hatano Naomichi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 033185-033185

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033185

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Resonant states of open quantum systems2021

    • 著者名/発表者名
      Naomichi Hatano
    • 学会等名
      Physics of heavy-quark and exotic hadrons 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PT対称な系における非エルミート版ファブリー・ペロー共鳴2021

    • 著者名/発表者名
      生部賢, 倉本啓一;井村健一郎, 羽田野直道
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Non-Hermiticity and randomness2020

    • 著者名/発表者名
      Naomichi Hatano
    • 学会等名
      Localisation 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] What is the "environment" in open quantum systems?2020

    • 著者名/発表者名
      Naomichi Hatano
    • 学会等名
      vPHHQP
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PT symmetry breaking in Floquet systems2019

    • 著者名/発表者名
      Andrew K. Harter
    • 学会等名
      Frontiers of Statistical Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Floquet edge state protection in non-Hermitian topological systems2019

    • 著者名/発表者名
      Andrew K. Harter, Jogesh Joglekar, and Naomichi Hatano
    • 学会等名
      Workshop on non-Hermitian quantum mechanics II
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Floquet edge state protection in non-Hermitian topological systems2019

    • 著者名/発表者名
      Andrew K. Harter
    • 学会等名
      Charge and Energy Transfer Processes: Open Problems in Open Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Floquet edge state protection in non-Hermitian topological systems2019

    • 著者名/発表者名
      Andrew K. Harter, Jogesh Joglekar, and Naomichi Hatano
    • 学会等名
      Workshop on non-Hermitian quantum mechanics I
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PT-Symmetry Breaking in Floquet Topological Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Andrew K. Harter and Naomichi Hatano
    • 学会等名
      New Trends in Topological Insulators
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-11-29   更新日: 2024-03-26  

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