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非平衡・開放系特有のギャップレス構造に関するトポロジカル理論及びその物理的応用

研究課題

研究課題/領域番号 21J11810
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13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関京都大学

研究代表者

別所 拓実  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードトポロジー / ギャップレス / 非エルミート / フロケ / 量子ウォーク
研究開始時の研究の概要

近年、位相幾何学(トポロジー)に伴う様々な物理現象に大きな関心が集まっている。本研究は、粒子の流入・散逸や系の時間周期的な外部操作などがある非平衡開放系の一般論として我々が開発した拡張ニールセン=二宮の定理を、量子ウォーク系、強相関・不純物散乱のある固体電子系、トポロジカル絶縁体表面などの様々な物理系に適用して、これらの系の低エネルギーモードに関する一般論を構築するとともに、新奇物理現象の探査を行うというものである。

研究実績の概要

本年度は、Extended Nielsen-Ninomiya定理の応用として、主に量子ウォークのバルクエッジ対応の破れについて研究を行った。多くの先行研究では量子ウォーク系はフロケ系の一種として研究されてきたが、本研究により量子ウォーク系とフロケ系の大きな違いとしてバルクエッジ対応の現れ方が異なることが分かった。平衡系やフロケ系では、表面にアノマリーを付け加えようとするとそれに伴ってバルクのトポロジカル数が必ず変わるために、バルクのトポロジーの情報と表面状態のトポロジーの情報が対応するというバルクエッジ対応が成り立っていた。しかし、量子ウォーク系においては、バルクを変えることなく表面にアノマリーを付け加えることが可能であり、そのためにバルクエッジ対応が破れる。本研究ではこのことを明確化し、破れ方の構造をExtended Nielsen-Ninomiya定理を用いて調べた。
本研究の意義・重要性としては、これまで不明瞭であった量子ウォーク系におけるバルクエッジ対応の成立、不成立を系統的に明確化したことにある。
また、強相関系・不純物電子系のバルクフェルミアークの研究を行い、その一般論を与えた。
他に、自分の本来の研究テーマとは少し異なるが、後輩の行っていた非エルミート系のバルクエッジ対応の研究に一部参加した。この研究においては、時間がかかる数値計算を通してしか分からない部分が多かったが、Extended Nielsen-Ninomiya定理を最大限利用することで、数値計算結果を簡便に評価できるようになった。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Extrinsic topology of Floquet anomalous boundary states in quantum walks2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Bessho, Ken Mochizuki, Hideaki Obuse, and Masatoshi Sato
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 9 ページ: 094306-094306

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.094306

    • 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] Nielsen-Ninomiya Theorem with Bulk Topology: Duality in Floquet and Non-Hermitian Systems2021

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

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 19 ページ: 196404-196404

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.196404

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Non-Hermitian Bulk Fermi Arc2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Bessho, Kohei Kawabata, and Masatoshi Sato
    • 学会等名
      International Symposium on Creation of Advanced Photonic and Electronic Devices 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A simplest chiral edge mode v.s . Anderson localization2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Bessho
    • 学会等名
      国際セミナー道場2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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