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3次元の双対性の深化とその強相関量子多体系への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20J13415
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
研究機関東京工業大学

研究代表者

古澤 拓也  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード対称性 / 量子異常 / 流体力学 / 低エネルギー有効理論 / 強相関量子多体系
研究開始時の研究の概要

相関の強い量子多体系では、非局所的な秩序変数で特徴付けられる新奇なトポロジカル秩序相が現れ得る。現在、2次元トポロジカル秩序相への理解は確立しつつあるが、3次元では理論・実験ともに未発展である。この問題を解決するため、トポロジカル秩序相の解析に適した手法である双対性に着目する。双対性とは、異なる量子多体系間の非局所的な変換であり、非局所的な秩序変数の検出に有用であるが、従来の双対性の適用範囲は低次元系に限られていた。本研究では、双対性を3次元に拡張し、空間次元に依らず有用な解析手法として確立する。さらに、これを物性系に適用し、3次元トポロジカル秩序相を予言し、その性質を解析する。

研究実績の概要

本年度の研究では,以下のような成果が得られている.
2次元ディラックフェルミオンの流体力学を構築し,その輸送現象を解析した.2次元ディラックフェルミオンは,物性物理学の様々な文脈で現れる重要な系の一つであり,離散的量子異常の代表例であるパリティ量子異常を持つ.このパリティ量子異常に対し,量子異常の一貫性条件を適用することで,パリティ量子異常が流体力学にどのように組み込まれるかを議論した.特に,系が境界を持たない場合,パリティ量子異常の帰結として,異常ホールカレントが生じる.さらに,系が境界を持つ場合,境界に沿った端電流及び端エントロピー流の存在が熱力学第二法則から要請されることが明らかになった.この研究はPhysical Review Dに掲載されている.
上記の研究では,双対性と深い関係にある対称性の量子異常を活用することで,強相関量子多体系に関する当初想定していなかった研究成果を得ることができた. 本研究で取り扱った2次元ディラックフェルミオンのパリティ量子異常は,昨年度の研究で新しく発見した2カラー量子色力学や量子反強磁性体の量子異常と類似した構造を持つ.このため,本研究で構築した流体力学は2カラー量子色力学や量子反強磁性体などの強相関量子多体系にも適用可能と期待できる.従って,上記の研究は物性物理学に留まらず幅広い分野に波及していくことが期待できる非常に重要な成果であったと言える.
また,今年度は,国際会議2件に加え,国内研究機関における2件のセミナー発表を通じて,本年度及び前年度の研究に関する情報発信を行った.

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

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Anomaly-induced edge currents in hydrodynamics with parity anomaly2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa, Masaru Hongo
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW D

      巻: 104 号: 12 ページ: 125021-125021

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.125021

    • 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] Hall viscosity in the A phase of superfluid 3 He2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa, Keisuke Fujii, and Yusuke Nishida
    • 雑誌名

      Phy. Rev. B

      巻: 103 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.064506

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Global anomaly matching in the higher-dimensional CPN-1 model2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa, Masaru Hongo
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 101 号: 15

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.155113

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite-density massless two-color QCD at the isospin Roberge-Weiss point and the 't Hooft anomaly2020

    • 著者名/発表者名
      Furusawa Takuya、Tanizaki Yuya、Itou Etsuko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 033253-033253

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033253

    • 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
  • [学会発表] Finite-Density Massless Two-Color QCD at Isospin Roberge-Weiss Point and ’t Hooft Anomaly2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa
    • 学会等名
      Relativistic Fermions in Flatland: theory and application
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anomaly-induced edge currents in hydrodynamics with parity anomaly2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa
    • 学会等名
      Stat&QuantPhys Autumn School 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Finite-Density Massless Two-Color QCD at Isospin Roberge-Weiss Point and ’t Hooft Anomaly2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa
    • 学会等名
      Probing the physics of high-density and low-temperature matter with ab initio calculations in 2-color QCD
    • 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] Finite-Density Massless Two-Color QCD at Isospin Roberge-Weiss Point and 't Hooft Anomaly2020

    • 著者名/発表者名
      古澤 拓也
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] アイソスピンRoberge-Weiss点における2カラーQCDの’t Hooftアノマリーとその有限密度・有限温度相図2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa, Yuya Tanizaki, Etsuko Itou
    • 学会等名
      JPS Autumn Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 2+1次元CP1模型におけるglobal anomalyとその反強磁性体への応用2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Furusawa, Masaru Hongo
    • 学会等名
      JPS Autumn Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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