中性原子気体を舞台とした異方的超流動の定量的研究の展開とマヨラナ粒子の探索

• 研究課題/領域番号: 20740233
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 水島 健 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (50379707)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2009年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2008年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 冷却原子 / 異方的超流動 / マヨラナ粒子 / トポロジカル相転移 / 量子渦 / ボース凝縮 / 超流動 / 量子エレクトロニクス

研究概要

本研究課題にて、p波フェッシュバッハ共鳴を持つフェルミ原子気体のトポロジカル超流動相について微視的理論に基づいて明らかにした。トポロジカル相転移近傍でのマヨラナフェルミオンの性質の変化や量子渦間での量子干渉効果による不安定化等を議論した。このような計算を効果的に実施するために、クリロフ部分空間反復法や離散変数表示を基にした有限要素法等の計算手法を新たに開発し、さらに分散型並列計算を実装した。

研究成果

• [雑誌論文] Textures of spin-orbit coupled F=2 spinor Bose-Einstein condensates (2011)
  • 著者名/発表者名: 川上拓人, 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 84 ページ: 11607-11607
• [雑誌論文] Zero Energy Modes and Statistics of Vortices in Spinful Chiral p-Wave Superfluids (2011)
  • 著者名/発表者名: 川上拓人, 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: 44603-44603
  • NAID: 40018787418
• [雑誌論文] Zero Energy Modes and Statistics of Vortices in Spinful Chiral p-Wave Superfluids (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kawakami
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 号: 4 ページ: 044603-044603
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.044603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Textures of F=2 spinor Bose-Einstein condensates with spin-orbit coupling (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kawakami, et al
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 84 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.84.011607
  • 査読あり
• [雑誌論文] スピン3重項p波超流動研究の新展開-アンドレーエフ束縛状態とその多面性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: 物性研究 巻: 97 ページ: 149-192
• [雑誌論文] 超伝導、並びに超流動における量子渦の物理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: 物性研究 巻: 97 ページ: 1082-1096
• [雑誌論文] Splitting and oscillation of Majorana zero modes in the p-wave BCS-BEC evolution with plural vortices (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 82
• [雑誌論文] Vortex structures and zero energy states in the BCS-to-BECevolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 81
• [雑誌論文] Splitting and oscillation of Majorana zero modes in the p-wave BCS-BEC evolution with plural vortices (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review A82
• [雑誌論文] Vortex structures and zero energy states in the BCS-to-BEC evolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review A81
• [雑誌論文] Vortex structures and zero-energy states in the BCS-to-BEC evolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: Phycal Review A 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin textures in a condensate with large dipole moments (2010)
  • 著者名/発表者名: Jukka A.M., Huhtamaki
  • 雑誌名: Phycal Roview A 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Splitting and oscillation of Majorana zero modes in the p-wave BCS-BEC evolution with plural vortices (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: Phycal Review A 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skyrmion lattice and intrinsic angular momentum effect in the A phase of superfluid 3He under rotation (2010)
  • 著者名/発表者名: 市岡優典
  • 雑誌名: Phycal Review B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Majorana edge modes of superfluid 3He A phase in a slab (2010)
  • 著者名/発表者名: 堤康雅
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotating bipolar Spin-1 Bose-Einstein Condensates (2010)
  • 著者名/発表者名: Tapio P.Simula
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Majorana Edge Fermions on Dynamical Spin Susceptibility in Topological Superfluid 3He-B (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: Journal of Lox Temperature Physics 巻: 162 ページ: 204-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Majorana edge modes of superfluid 3He A- and B-phases (2010)
  • 著者名/発表者名: 堤康雅
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 162 ページ: 196-203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Textures and exotic vortices in neutral Fermion superfluids (2010)
  • 著者名/発表者名: 町田一成
  • 雑誌名: Jounal of Low temperature of Physics 158 ページ: 377383-377383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical instabilities of coreless vortices in F=2 spinor Bose-Einstein condensates (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋雅裕
  • 雑誌名: Jounal of Low temperature of Physics 158 ページ: 5864-5864
  • 査読あり
• [雑誌論文] p波超流動体の量子渦に潜むマヨラナ型準粒子 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 64 ページ: 836-840
• [雑誌論文] p波超流動体の量子渦に潜むマヨラナ型準粒子 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 642 ページ: 836-840
• [雑誌論文] p波超流動体の量子渦に潜むマヨラナ型準粒子 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 64 ページ: 836840-836840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex-splitting and phase-separating instabilities of coreless vortices in F=1 spinor Bose-Einstein condensates (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi
  • 雑誌名: Physical Review A 79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective field theory for spinor dipolar Bose Einstein condensates (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi
  • 雑誌名: The European Physical Journal B (Online First) ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of the Majorana Fermion and the Edge Mode in Chiral Superfluidity near a p-Wave Feshbach Resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 101
• [雑誌論文] Majorana Bound State in Rotating Superfluid 3He-A of Parallel Plates (2008)
  • 著者名/発表者名: 堤康雅, 川上拓人, 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 101
• [雑誌論文] Role of the Majorana Fermion and the Edge Mode in Chiral Superfluidity near a p-Wave Feshbach Resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
• [雑誌論文] Majorana Bound State in Rotating Superfluid 3He-A of Parallel Plates (2008)
  • 著者名/発表者名: 堤康雅, 川上拓人, 水島健, 市岡優典, 町田一成
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
• [雑誌論文] Magnetization profile and core-level spectroscopy in a multiply quantized vortex of imbalanced Fermi superfluids (2008)
  • 著者名/発表者名: K. M. Suzuki
  • 雑誌名: Physical Review A 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kelvin Waves of Quantized Vortex Lines in Trapped Bose-Einstein Condensates (2008)
  • 著者名/発表者名: T. P. Simula
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Majorana Bound State in Rotating Superfluid 3He-A between Parallel Plates (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsutsumi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of the Majorana Fermion and the Edge Mode in Chiral Superfluidity near a p-Wave Feshbach Resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mizushima
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex waves in trapped Bose-Einstein condensates (2008)
  • 著者名/発表者名: T. P. Simula
  • 雑誌名: Physical Review A 78
  • 査読あり
• [学会発表] Surface Majorana fermions and field-induced topological phase transition in superfluid 3He-B (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Microkelvin 2012
  • 発表場所: スロバキア
• [学会発表] Role of the order parameter manifold on surface Majorana fermions and spin susceptibility of superfluid 3He-B (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: APSMarch Meeting 2012
  • 発表場所: ボストン
• [学会発表] Surface Andreev Bound States in Topological Superfluid ^3He-B (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: ISSP短期研究会:量子凝縮系におけるdefectとtopology
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(千葉県)(招待講演)
• [学会発表] Bose-Einstein Condensates in Non-Abelian Gauge Fields (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Ultracold Gases : Superfluidity and Strong Correlations
  • 発表場所: 東京理科大学(東京都)(招待講演)
• [学会発表] Role of the order parameter manifold on surface Majorana fermions and spin susceptibilities of superfluid ^3He-B (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: APS March Meeting 2012
  • 発表場所: Boston, U.S.A.
• [学会発表] Surface Majorana fermions and field-induced topological phase transition in superfluid ^3He-B (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Microkelvin 2012
  • 発表場所: Smolenice, Slovakia(招待講演)
• [学会発表] 量子極限にあるカイラルp波超伝導体の渦芯近傍における奇周波数クーパー対 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2012年年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
• [学会発表] 超流動体における量子渦の内部構造とマヨラナフェルミオン (2012)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2012年年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)(招待講演)
• [学会発表] 超流動体、並びに超伝導体における量子渦の物理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 第56回物性若手夏の学校(サブゼミ講師)
  • 発表場所: 山梨県
  • 年月日: 2011-08-04
• [学会発表] Surface and Vortex Bound States in Topological Superconductors and Superfluids (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena
  • 発表場所: 滋賀県
• [学会発表] Textures of spin-orbit coupled F=2 spinor Bose-Einstein condensates (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 発表場所: スペイン
• [学会発表] Majorana Fermions Bound at Vortices and Surface of Superfluid 3He (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 26th International Confernece on Low Temperature Physics
  • 発表場所: 北京
• [学会発表] BCS-BEC Evolution and Majorana Zero Modes in p-wave Resonant Fermi Gases (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Conference on Research Frontiers in Ultra-Cold Atomic and Molecular Gases
  • 発表場所: インド
• [学会発表] ^3He超流動体の半整数量子渦 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 新学術領域「トポロジカル量子現象」第5回集中連携研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学(大阪府)
• [学会発表] 超伝導、並びに超伝導における量子渦の物理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 第56回物性若手夏の学校
  • 発表場所: ホテルエバーグリーン富士(山梨県)(招待講演)
• [学会発表] Majorana fermions bound at vortices and surfaces in superfluid ^3He (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Beijing, China(招待講演)
• [学会発表] A-B phase transition and edge states in superfluid ^3He under magnetic fields (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] 超流動体^3Heにおける表面アンドレーエフ束縛状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 新学術領域「トポロジカル量子現象」第7回集中連携研究会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
• [学会発表] Textures of spin-orbit coupled F=2 spinor Bose-Einstein condensates (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Bose-Einstein Condensation : Frontiers in Quantum Gases
  • 発表場所: Sant Feliu de Guixols, Spain
• [学会発表] 超流動3Heの表面束縛状態に対する磁場と双極子相互作用の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
• [学会発表] 冷却原子気体におけるエキゾチック超流動相の実現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)(招待講演)
• [学会発表] Surface and Vortex Bound Sstates in Topological Superconductors and Superfluids (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖(滋賀県)(招待講演)
• [学会発表] Role of the order parameter manifold on surface Majorana fermions in topological superfluid ^3He-B (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 新学術領域「トポロジカル量子現象」第2回領域研究会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県)
• [学会発表] BCS-BEC Evolution and Majorana Zero Modes in p-wave Resonant Fermi Gases (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Conference on Research frontiers in Ultra-Cold Atomic and Molecular Gases
  • 発表場所: Goa, India
• [学会発表] 磁場中の超流動3HeにおけるA-B転移と表面束縛状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟県
• [学会発表] 冷却原子気体における異方的超流動とマヨラナ準粒子 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟県
• [学会発表] Majorana fermions in spin-polarized chiral p-wave superfluids with plural vortices (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Surface Andreev bound states and thermodynamic quantities in 3He B-phase (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] BCS-BEC Evolution and Majorana Zero Modes in p-Wave Resonant Fermi Gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 22nd International Conference on Atomic Physics(ICAP2010)
  • 発表場所: オーストラリア
• [学会発表] Majorana zero modes in the BCS-BEC evolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: The International Workshop on Ultracold Fermi Gas : Superfluidity and Strong-Correlation(USS-2010)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Majorana zero modes in the BCS-BEC evolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: The International Workshop on Ultracold Fermi Gas : Sunerfluiditv and Strong-Correlation(USS-2010)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Majorana zero modes in the BCS-BSC cvolution of p-wave resonant Fermi gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: The International Workshop on Ultracold Formi Gas : Superfluidity and Strong-Correlation (USS-2010)
  • 発表場所: 東京都
• [学会発表] BCS-BEC Evolution and Majorana Zero Modes in p-Wave Rosonant Fermi Gases (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 22nd International Conferonce on Atomic Physics (ICAP2010)
  • 発表場所: Cairns, Australia
• [学会発表] Effects of Majorana Edge Fermions on Dynanical Spin Susceptibility in Topological Superfluid 3He-B (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2010)
  • 発表場所: Grenoble, France
• [学会発表] スピン3重項p波超流動体におけるマヨラナ型準粒子 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 第4回物性科学領域横断研究会(7領域合同研究会)
  • 発表場所: 東京都
• [学会発表] Majorana Formions in Spin-Triplet Superfluids (2010)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第1回領域研究会
  • 発表場所: 京都府
• [学会発表] 3Heマヨラナモードとフェルミ気体 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] What are Majorana fermions? (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Novel Spin Pairing 2009 (NSP2009)
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-09-13
• [学会発表] Zero energy Majorana fermions topologically protected against vortex interaction in p-wave superfluids (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Bose-Einstein Condensation : Frontiers in Quantum Gases
  • 発表場所: スペイン
  • 年月日: 2009-09-05
• [学会発表] Zero energy Majorana fermions in fermi gases near a p-wave feshbach resonance (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: he 19th International Conference on Laser Spectroscopy
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2009-06-07
• [学会発表] What are Majorana fermions? (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Novel Spin Pairing 2009(NSP2009)
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 3Heマヨラナモードとフェルミ気体 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] What are Majorana fermions (2009)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Novel Spin Pairing 2009(NSP2009)
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 超流動3He及び中性フェルミ気体におけるマヨラナ状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: スーパークリーン特定・研究成果報告会'08
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] Role of the Majorana fermion and the edge mode in chiral superfluidity near a p-wave Feshbach resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: Frontiers of Degenerate Quantum Gases
  • 発表場所: 北京(中国)
  • 年月日: 2008-10-20
• [学会発表] p波フェッシュバッハ共鳴を持つフェルミ原子気体における超流動状態と固有角運動量 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] フェッシュバッハ共鳴制御で実現する新しい超流動状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: スーパークリーン特定・若手夏の学校
  • 発表場所: 熱川ハイツ
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] Role of the Majorana fermion and the edge mode in chiral superfluidity near a p-wave Feshbach resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: ULT 2008-Frontiers of Low Temperature Physics
  • 発表場所: London UK
  • 年月日: 2008-08-19
• [学会発表] Chiral Paired Superfluid in a Two-Dimensional Fermi Gas with p-Wave Feshbach Resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 25th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Amsterdam, Netherlands
  • 年月日: 2008-08-06
• [学会発表] p波フェッシュバッハ共鳴により実現される異方的超流動状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 基研研究会「不均一超伝導超流動状態と量子物理」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2008-08-02
• [学会発表] p波共鳴近傍における回転するフェルミ原子気体の渦格子構造とマヨラナ状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水島健
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2008-03-29