• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

アクティブマターにおけるトポロジカル現象の研究

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0547
補助金の研究課題番号 21J20199 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
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

曽根 和樹 (2021, 2023)  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

特別研究員 曽根 和樹 (2022)  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2021年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードトポロジカル絶縁体 / アクティブマター / 非エルミート / 非線型 / トポロジー / 同期現象 / 非線形 / メタマテリアル
研究開始時の研究の概要

物質のトポロジーは、外乱に対し頑強な新奇物性を実現するための指導原理として多くの注目を集めている。従来トポロジーは線形・エルミートな方程式に従う電子系で研究されていたが、近年では光学系、流体など幅広い系でその役割が議論されている。本研究では、このようなトポロジーに由来する現象をアクティブマターと呼ばれる自己駆動粒子(たとえば動物など)の集団において探求する。その解析を通じ、非線形、非エルミート性を持つアクティブな系一般におけるトポロジーの基本原理の解明も目指す。さらに、物質や人工系の安定かつ効率的な制御法を開発するといった応用を見据えて、実験系の提案を行う。

研究実績の概要

最終年度となる本年度では、アクティブマターに代表されるような非線形な系におけるトポロジカル現象の基本原理の解明に向けた研究を行った。特に、2次元非線形系を特徴づけるトポロジカル指数として線形系で知られているチャーン数の拡張を提案し、そのバルクエッジ対応、即ち非ゼロな非線形チャーン数と局在状態の存在の間の対応を示した。このチャーン数は、従来、線形系で議論されてきたバンド構造や固有値問題の非線形拡張に基づいて定義される。特に、非線形系特有の現象として、非線形波動の振幅の変化によってトポロジーが変わる非線形性誘起トポロジカル相転移が起こることをモデル計算から確認し、そのトポロジカル相転移が非線形チャーン数によって捉えられることを示した。
さらに、非線形トポロジカル絶縁体のモデルにおけるゼロ固有値状態を詳細に解析することで、トポロジカルな局在状態から空間カオスな状態へも変化することを示した。このようなカオス転移は非線形系におけるバルクエッジ対応の破れを引き起こす。この結果は、従来トポロジカル物質で信じられてきたバルクエッジ対応の反例を与える結果であるとともに、非線形物理における典型的な現象であるカオスがトポロジカル物性という全く異なる分野につながっていることを示す結果でもある。これらの成果についてまとめた論文を執筆、公表した。
研究機関全体を通じて、アクティブマターに備わっている非線形性や動的不安定性がトポロジカル現象にもたらす影響を明らかにしてきた。特に、非線形性の下でトポロジカルな性質を議論するための基本原理(バルクエッジ対応など)を明らかにした。これらの成果は生物に代表されるアクティブな系をトポロジーの観点から制御するための指導原理を与えることで、今後の工学などの発展につながる成果と言える。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Nonlinearity-induced topological phase transition characterized by the nonlinear Chern number2024

    • 著者名/発表者名
      Sone Kazuki、Ezawa Motohiko、Ashida Yuto、Yoshioka Nobuyuki、Sagawa Takahiro
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: - 号: 7 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1038/s41567-024-02451-x

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transition from topological to chaos in the nonlinear Su-Schrieffer-Heeger model2024

    • 著者名/発表者名
      Sone Kazuki、Ezawa Motohiko、Gong Zongping、Sawada Taro、Yoshioka Nobuyuki、Sagawa Takahiro
    • 雑誌名

      arXIv

      巻: 2403.03038

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of Topology in Relaxation of One-Dimensional Stochastic Processes2023

    • 著者名/発表者名
      Taro Sawada, Kazuki Sone, Ryusuke Hamazaki, Yuto Ashida, Takahiro Sagawa
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2301.09832

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Topological synchronization of coupled nonlinear oscillators2022

    • 著者名/発表者名
      Sone Kazuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 2 ページ: 023211-023211

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.023211

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exceptional mode topological surface laser2022

    • 著者名/発表者名
      Sone Kazuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 23 ページ: 235426-235426

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.235426

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Topological synchronization of coupled nonlinear oscillators2024

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone, Yuto Ashida, Takahiro Sagawa
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非線形SSH模型におけるトポロジカル/カオス転移2024

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹, 江澤雅彦, Zongping Gong, 澤田太郎, 吉岡信行, 沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinearity-induced topological phase transition characterized by the nonlinear Chern number2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      Frontiers in nonequilibrium physics: Active matter, topology and beyond
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological synchronization of coupled nonlinear oscillators2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone, Yuto Ashida, Takahiro Sagawa
    • 学会等名
      STATPHYS28
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exceptional non-Hermitian topological edge mode and its application to active matter and topological laser2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      Physics of Open Systems and Beyond
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exceptional non-Hermitian topological edge mode and its application to active matter2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      The 7th International Soft Matter Conference, ISMC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非線形チャーン数に特徴づけられた非線形性誘起トポロジカル相転移2023

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹, 江澤雅彦, 蘆田祐人, 吉岡信行, 沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会2023年年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 非線形振動子のトポロジカルな同期現象2022

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹
    • 学会等名
      Online CMT seminars
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アクティブマターにおけるトポロジカル現象の理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹
    • 学会等名
      新学術領域研究「情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理」第5回領域会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-Hermitian exceptional boundary mode and its application to topological laser2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      NH2022: Non-Hermitian Quantum Mechanics 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 一次元古典確率過程の緩和におけるトポロジーの効果2022

    • 著者名/発表者名
      澤田太郎、曽根和樹、蘆田祐人、沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2次元弱非線形系におけるチャーン数の拡張2022

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹、蘆田祐人、吉岡信行、沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-Hermitian exceptional edge mode and its application to photonic and biological systems2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      羽田野研セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アクティブマターにおける非エルミート・非線形トポロジー2022

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹
    • 学会等名
      物性研ワークショップ:開放系トポロジーと生体・量子・統計物理
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 例外表面モードに保護されたトポロジカルレーザー2022

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹、蘆田祐人、沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Hermitian and non-Hermitian topological phenomena in active matter2022

    • 著者名/発表者名
      Yuto Ashida, Kazuki Sone, Takahiro Sagawa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バンドトポロジー由来の非線形トポロジカル同期2021

    • 著者名/発表者名
      曽根和樹、蘆田祐人、沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Topological synchronization of coupled nonlinear oscillators2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sone
    • 学会等名
      Stat&QuantPhys Autumn School
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi