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スピノールBose-Hubbard模型におけるトポロジカルおよび多体局在相

研究課題

研究課題/領域番号 20J20715
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

YANG Hong  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードemergent anomaly / SPT phase / SPT criticality / Kennedy-Tasaki / duality / SPT states / Ultracold atoms
研究開始時の研究の概要

Interacting alkali atoms trapped in optical lattices serve as an ideal platform for realizing various quantum phases. We are especially interested in the exact results of the model Hamiltonians which exhibit symmetry-protected topological or many-body localization phases.

研究実績の概要

Previously, we revisited the Kennedy-Tasaki duality and revealed the KT duality provides a “hidden symmetry breaking” interpretation for the topological criticality. We also noticed that the KT self-duality is closely related to an emergent Lieb-Schultz-Mattis (LSM) anomaly.

However, the nature of the emergent LSM anomaly was not very clear to us before. Therefore, we focused on investigating the emergent anomaly. Using perturbation theory, we find that the low-energy theory of our spin-1 model near the critical self-dual point is equivalent to a spin-1/2 XYZ chain. This means that, near the self-dual point, the symmetry Z2y \rtimes Z2z × Ztrn of the complete theory reduces to Zy′ × Zz′ × Ztrn in the low-energy theory. In other words, in the low-energy theory, Z4y \rtimes Z2z × Ztrn leads to an LSM anomaly, which results in the absence of a unique gapped ground state. However, Z4y \rtimes Z4z × Ztrn in the spin-1 Hilbert space has no anomaly. In other words, the LSM anomaly around the self-dual point is actually emergent. Since the complete theory in the spin-1 Hilbert space is anomaly-free, the emergent anomaly has to be cancelled by some mechanism. Note that for the gapped symmetry Z2y, the nontrivial group element (π rotation) is identical to -1 in the low-energy theory. This indicates that the ground state is "stacked" on a gapped (weak) symmetry-protected topological (SPT) phase protected by Z2y × Ztrn. It is this SPT phase that cancels the emergent anomaly. We use field theory to demonstrate our argument.

* \rtimes means semi-direct product.

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Duality, criticality, anomaly, and topology in quantum spin-1 chains2023

    • 著者名/発表者名
      Yang Hong、Li Linhao、Okunishi Kouichi、Katsura Hosho
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 号: 12 ページ: 125158-125158

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.125158

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Symmetry-protected topological phases in spinful bosons with a flat band2021

    • 著者名/発表者名
      Yang Hong、Nakano Hayate、Katsura Hosho
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 2 ページ: 023210-023210

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.023210

    • 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] Magnetic and Topological Phases of Spinful Bosons in Optical Lattices2022

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      Ultracold Atoms Japan 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Duality, Criticality, Anomaly, and Topology in Quantum Spin-1 Chains2022

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      第17回量 子スピン系研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Magnetic and Topological Phases of Spinful Bosons in Optical Lattices2021

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      第3回冷却原子研究会「アトムの会」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Criticality, duality, and topology in quantum spin-1 chains2021

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry-protected Topological Phases in Spinful Bosons with a Flat Band2021

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Symmetry-protected Topological Phases in Spinful Bosons with a Flat Band2020

    • 著者名/発表者名
      YANG HONG
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 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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