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非平衡開放系におけるトポロジカル相を記述する基礎理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 19J21927
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
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

川畑 幸平  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード非平衡 / トポロジカル / 非エルミート
研究開始時の研究の概要

近年、トポロジーによって特徴付けられる物性物理に大きな関心が集まっている。本研究では、孤立平衡系を中心としたトポロジカル相の従来の理論を越えて、エネルギーや粒子の流入・散逸を伴う非平衡開放系で現れるトポロジカル相に関する包括的な基礎理論を構築する。とくに、非平衡環境下で現れるトポロジカル絶縁体や超伝導体、半金属に関する分類理論を構築し、その一般理論をもとにして平衡環境下では現れない新たな非平衡トポロジカル現象を探究する。本研究によって、トポロジカル相の理論が深化し、非平衡性とトポロジーの協奏にもとづく豊かな現象・機能への応用が導かれる。

研究実績の概要

令和3年度は、乱れを含む非平衡開放系について、輸送現象や局在転移を普遍的なかたちで記述するスケーリング理論を構築した。そして、得られた非ユニタリーなスケーリング理論をもとにして、対称性に守られたあたらしい輸送・局在現象を見出した。非平衡開放系における乱れの重要性にもかかわらず、その性質は多くが未解明であり、一般的な理解を与えたことが意義深い。
さらに、非平衡開放系のトポロジカル相を普遍的に記述する有効場の理論を構築した。従来の場の理論の枠組みは平衡系を仮定しており、散逸の存在が本質的となるような量子開放系については、どのように場の理論を構築すればいいか理解されてこなかった。その困難を克服し、あたらしい非平衡場の理論の枠組みを構築したという意味で重要である。また、得られた場の理論の枠組みにもとづいて、散逸に誘起されたカイラル磁気効果など、あたらしい非平衡トポロジカル現象を具体的に予言した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 6件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 9件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 北京大学(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Boston University/University of Maryland(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] 北京計算科学中心/東南大学/中国科学技術大学(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] カブリ理論物理学研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Many-body topology of non-Hermitian systems2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata, Ken Shiozaki, and Shinsei Ryu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 16 ページ: 165137-165137

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.165137

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unifying the Anderson transitions in Hermitian and non-Hermitian systems2022

    • 著者名/発表者名
      Xunlong Luo, Zhenyu Xiao, Kohei Kawabata, Tomi Ohtsuki, and Ryuichi Shindou
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.l022035

    • 関連する報告書
      2021 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] Nonunitary Scaling Theory of Non-Hermitian Localization2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata and Shinsei Ryu
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 16 ページ: 166801-166801

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.166801

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological Field Theory of Non-Hermitian Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata, Ken Shiozaki, and Shinsei Ryu
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 21 ページ: 216405-216405

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.216405

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-Bloch band theory of non-Hermitian Hamiltonians in the symplectic class2020

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Kohei、Okuma Nobuyuki、Sato Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 19 ページ: 195147-195147

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.195147

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universality Classes of Non-Hermitian Random Matrices2020

    • 著者名/発表者名
      Hamazaki Ryusuke, Kawabata Kohei, Kura Naoto, Ueda Masahito
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 2 ページ: 023286-023286

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.023286

    • 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] Probing XY phase transitions in a Josephson junction array with tunable frustration2020

    • 著者名/発表者名
      R. Cosmic, K. Kawabata, Y. Ashida, H. Ikegami, S. Furukawa, P. Patil, J. M. Taylor, and Y. Nakamura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 102 号: 9 ページ: 094509-094509

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.094509

    • 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] Real spectra in non-Hermitian topological insulators2020

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Kohei、Sato Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 033391-033391

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033391

    • 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] Higher-order non-Hermitian skin effect2020

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Kohei、Sato Masatoshi、Shiozaki Ken
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 20 ページ: 205118-205118

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.205118

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous Phase Transition without Gap Closing in Non-Hermitian Quantum Many-Body Systems2020

    • 著者名/発表者名
      N. Matsumoto, K. Kawabata, Y. Ashida, S. Furukawa, M. Ueda
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 26 ページ: 260601-260601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.260601

    • NAID

      130008152629

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological Origin of Non-Hermitian Skin Effects2020

    • 著者名/発表者名
      Okuma Nobuyuki、Kawabata Kohei、Shiozaki Ken、Sato Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 号: 8 ページ: 086801-086801

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.086801

    • NAID

      130008155278

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological Classificaton of Non-Hermitian Gapless Phases: Exceptional Points and Bulk Fermi Arcs2020

    • 著者名/発表者名
      Takumi Bessho, Kohei Kawabata, and Masatoshi Sato
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 30 ページ: 011098-011098

    • DOI

      10.7566/jpscp.30.011098

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Classification of Exceptional Points and Non-Hermitian Topological Semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Kohei、Bessho Takumi、Sato Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 6 ページ: 066405-066405

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.066405

    • NAID

      130008154204

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Hermitian Many-Body Localization2019

    • 著者名/発表者名
      Hamazaki Ryusuke、Kawabata Kohei、Ueda Masahito
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 9 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.090603

    • NAID

      130007736059

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry and Topology in Non-Hermitian Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Kohei、Shiozaki Ken、Ueda Masahito、Sato Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 9 号: 4 ページ: 1-52

    • DOI

      10.1103/physrevx.9.041015

    • NAID

      120006878522

    • 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] Observation of Critical Phenomena in Parity-Time-Symmetric Quantum Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Xiao Lei、Wang Kunkun、Zhan Xiang、Bian Zhihao、Kawabata Kohei、Ueda Masahito、Yi Wei、Xue Peng
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 23 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.230401

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Symmetry and Topology in Non-Hermitian Physics2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      Virtual seminar series on Pseudo-Hermitian Hamiltonians in Quantum Physics (PHHQP) (December 9th, 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非エルミートトポロジカル場の理論2021

    • 著者名/発表者名
      川畑幸平、塩崎謙、笠真生
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会、オンライン開催(2021 年 3 月 12 日)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非エルミート物理における対称性とトポロジー2021

    • 著者名/発表者名
      川畑幸平
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会、オンライン開催(若手奨励賞記念講演・2021 年 3 月 14 日)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonunitary Scaling Theory of Non-Hermitian Localization2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      Localisation 2020, online (August 27th, 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] 非エルミート系の局在スケーリング理論2020

    • 著者名/発表者名
      川畑幸平、笠真生
    • 学会等名
      日本物理学会 2020 年秋季大会、オンライン開催(2020 年 9 月 10 日)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高次非エルミート表皮効果2020

    • 著者名/発表者名
      川畑幸平、佐藤昌利、塩崎謙
    • 学会等名
      日本物理学会 2020 年秋季大会、オンライン開催(2020 年 9 月 11 日)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Non-Hermitian topology2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      Correlated Electrons Virtual International Seminars (December 2nd, 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] Topological Field Theory of Non-Hermitian Systems2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      Theoretical studies of topological phases of matter, Kyoto, Japan (December 18th, 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] 非エルミートなトポロジカル絶縁体における実スペクトル:非エルミートな BHZ 模型2020

    • 著者名/発表者名
      川畑幸平、佐藤昌利
    • 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] Topological classification of non-Hermitian insulators and superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata, Ken Shiozaki, Masahito Ueda, and Masatoshi Sato
    • 学会等名
      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological classification of non-Hermitian insulators and superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata, Ken Shiozaki, Masahito Ueda, and Masatoshi Sato
    • 学会等名
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Hermitian topology of exceptional points2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      Progress in the mathematics of topological states of matter
    • 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] Symmetry and Topology in Non-Hermitian Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      IIS-Chiba Workshop NH2019
    • 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] Symmetry and Topology in Non-Hermitian Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Kawabata
    • 学会等名
      The workshop on topology and dynamics in non-Hermitian systems (The 7th International Workshop on Frontiers in Quantum Physics and Quantum Information)
    • 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: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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