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アトムトロニクスの新展開

研究課題

研究課題/領域番号 21K03436
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

内野 瞬  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (80617465)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード量子輸送 / 冷却原子気体 / 量子開放系 / スピン輸送
研究開始時の研究の概要

冷却原子気体で実現される量子輸送に関わる研究はアトムトロニクスとも呼ばれ、現在、盛んに議論されるようになっている。本研究では、研究代表者が構築してきた輸送理論を発展させることで、非自明なアトムトロニクス現象を明らかにしていく予定である。特に、国内外の実験グループが現在行っている実験と直接関係するテーマを扱うことで、理論的に非自明かつ実験的にも意味のある新奇な量子輸送問題に取り組んでいく。

研究実績の概要

冷却原子気体を用いることで実現される非自明な量子輸送現象に関する研究をおこなっている。今年度は、光学スピン伝導率、人工次元法を用いた量子輸送、散逸のあるメゾスコピック輸送に関する研究で成果を得ることができた。
光学伝導率の研究は、理化学研究所と東京大学の研究者と共同でおこなった。我々は、混和性2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の光学スピン伝導率をBogoliubov理論を用いて解析した。その結果、スピン・Drude重みが有限になるため、スピン超流動性を持つこと、さらには、Andreev・Bashkinドラッグ密度が光学スピン伝導率により決定できることを指摘した。
人工次元法を用いた量子輸送研究は、東京大学と理化学研究所の研究者と共同でおこなった。我々は、2成分フェルミ原子気体超流動体にラジオ波を照射して実現される内部自由度間の接合系の輸送を、非平衡グリーン関数法と平均場近似を用いて解析した。その結果、ラビ結合の4次に比例する項に現れる運動量保存するAndreev反射が系の主要な輸送を担っていることを明らかにした。
散逸のあるメゾスコピック系の研究は、スイス連邦工科大学、ジュネーブ大学、ボン大学の研究者と共同でおこなった。我々は、2成分フェルミ原子気体潮流動体を熱浴に持つ2端子の量子ポイントコンタクト系において、1体の粒子ロスがもたらす輸送の変化を、理論的・実験的に解析した。その結果、多重Andreev反射由来の非線形輸送が、粒子ロス効果によって、オーミックな輸送にクロスオーバーすることが実験的に明らかとなった。加えて、非平衡グリーン関数とBCS型の平均場近似を用いた理論解析により、実験結果を説明できることもわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

3つの異なる研究で、それぞれ成果が得られたことが大きいと考えている。光学スピン伝導率の論文はPhysical Review Research誌に出版されている。人工次元法を用いた量子輸送の研究は、Communications Physics誌に出版されている。散逸のある量子輸送の研究は、Physical Review Letters誌とPhysical Review Research誌に出版されている。

今後の研究の推進方策

散逸のあるメゾスコピック系の研究と光共振器中の冷却原子気体の研究を引き続き推進し、成果を論文として発表していきたい。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学チューリッヒ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ジュネーブ大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Spin conductivity spectrum and spin superfluidity in a binary Bose mixture2023

    • 著者名/発表者名
      Sekino Yuta、Tajima Hiroyuki、Uchino Shun
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 号: 2 ページ: 023058-023058

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.023058

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dominant andreev reflection through nonlinear radio-frequency transport2023

    • 著者名/発表者名
      Tingyu Zhang, Hiroyuki Tajima, Yuta Sekino, Shun Uchino, and Haozhao Liang
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 6 号: 1 ページ: 86-86

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01199-9

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Superfluid Signatures in a Dissipative Quantum Point Contact2023

    • 著者名/発表者名
      Huang Meng-Zi、Mohan Jeffrey、Visuri Anne-Maria、Fabritius Philipp、Talebi Mohsen、Wili Simon、Uchino Shun、Giamarchi Thierry、Esslinger Tilman
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 号: 20 ページ: 200404-200404

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.200404

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] DC transport in a dissipative superconducting quantum point contact2023

    • 著者名/発表者名
      Visuri Anne-Maria、Mohan Jeffrey、Uchino Shun、Huang Meng-Zi、Esslinger Tilman、Giamarchi Thierry
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 号: 3 ページ: 033095-033095

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.033095

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymmetry and nonlinearity of current-bias characteristics in superfluid-normal-state junctions of weakly interacting Bose gases2022

    • 著者名/発表者名
      Uchino Shun
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 106 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.106.l011303

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optomechanical response of a strongly interacting Fermi gas2022

    • 著者名/発表者名
      Helson Victor、Zwettler Timo、Roux Kevin、Konishi Hideki、Uchino Shun、Brantut Jean-Philippe
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 3 ページ: 033199-033199

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.033199

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical spin conductivity in ultracold quantum gases2022

    • 著者名/発表者名
      Sekino Yuta、Tajima Hiroyuki、Uchino Shun
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 4 ページ: 043014-043014

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.043014

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparative study for two-terminal transport through a lossy one-dimensional quantum wire2022

    • 著者名/発表者名
      Uchino Shun
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 106 号: 5 ページ: 053320-053320

    • DOI

      10.1103/physreva.106.053320

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical spin transport theory of spin-1/2 topological Fermi superfluids2022

    • 著者名/発表者名
      H. Tajima, Y. Sekino, and S. Uchino
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 6 ページ: 64508-64508

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.064508

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunneling Hamiltonian analysis of DC Josephson currents in a weakly-interacting Bose-Einstein condensate2021

    • 著者名/発表者名
      Uchino Shun
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 4 ページ: 043058-043058

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.043058

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of spin-space quantum transport induced by an atomic quantum point contact2021

    • 著者名/発表者名
      Koki Ono, Toshiya Higomoto, Yugo Saito, Shun Uchino, Yusuke Nishida, and Yoshiro Takahashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41467-021-27011-2

    • NAID

      120007171006

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Theory of two-terminal transport through a lossy quantum point contact2023

    • 著者名/発表者名
      Shun Uchino
    • 学会等名
      The Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, American Physical Society Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ロスのあるメゾスコピック系の輸送理論2023

    • 著者名/発表者名
      内野瞬
    • 学会等名
      アトムの会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 冷却原子気体を用いた量子輸送2023

    • 著者名/発表者名
      内野瞬
    • 学会等名
      極限宇宙ワークショップ~実験と理論の協奏に向けて:固体物質系から量子・冷却気体系まで
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum point contact transport in the presence of a particle loss2023

    • 著者名/発表者名
      Shun Uchino
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mesoscopic transport with weakly-interacting Bose gases2022

    • 著者名/発表者名
      Shun Uchino
    • 学会等名
      Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum transport in ultracold atomic gases2022

    • 著者名/発表者名
      内野瞬
    • 学会等名
      アトムの会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Mesoscopic transport with ultracold atomic gases2022

    • 著者名/発表者名
      Shun Uchino
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ボース・アインシュタイン凝縮体を用いたメゾスコピック輸送2022

    • 著者名/発表者名
      内野瞬
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Mesoscopic Transport with Ultracold Atomic Gases2022

    • 著者名/発表者名
      Shun Uchino
    • 学会等名
      Ultracold Atoms Japan 2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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