エンタングルメントを用いた強相関トポロジカル量子相の研究

• 研究課題/領域番号: 24540402
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 戸塚 圭介 京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (80291079)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: トポロジカル相 / スピン液体 / エンタングルメント / 冷却原子気体 / 磁化プラトー / 国際研究者交流（フランス） / 冷却原子系 / ストリングオーダーパラメータ / トポロジカル秩序 / 強相関

研究成果の概要

エンタングルメントなどを用いた低次元の強相関トポロジカル相の研究を行った。まず、行列積波動関数や場の理論、数値計算などを用いた複合的アプローチにより、SU(N)フェルミオン系などにおける一次元の対称性に護られたトポロジカル相（SPT相）の性質を精密に調べ、非局所秩序変数の有効性を示した。また、一次元磁性体の強磁場磁化プラトーにおいてもSPT相が存在すること、また、その幾何学的位相との関係を明らかにした。次に、強磁場中において、２次元量子磁性体がスピン液体を示す可能性について研究した。具体的には、カゴメ格子上の異方的ハイゼンベルグ模型の３つのプラトーについて数値的に詳細な解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Phase diagrams of one-dimensional half-filled two-orbital SU(N) cold fermion systems (2015)
  • 著者名/発表者名: V. Bois, M. Moliner, S. Capponi, P. Lecheminant, and K. Totsuka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 7 ページ: 075121-075121
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.075121
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Symmetry-protected topological order in magnetization plateau states of quantum spin chains (2015)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Takayoshi, Keisuke Totsuka and Akihiro Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 15 ページ: 1551361-12
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.155136
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase diagram and sweep dynamics of a one-dimensional generalized cluster model (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta, S. Tanaka, I. Danshita, and K. Totsuka
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 84
  • NAID: 210000133565
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum Entanglement and Topological Order in Hole-Doped Valence Bond Solid States (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hasebe, Keisuke Totsuka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.045115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry-protected topological phases of alkaline-earth cold fermionic atoms in one dimension (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nonne, M. Moliner, S. Capponi, P. Lecheminant and K. Totsuka
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 102 号: 3 ページ: 37008-37008
  • DOI: 10.1209/0295-5075/102/37008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological Many-Body States in Quantum Antiferromagnets via Fuzzy Supergeometry (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hasebe and K. Totsuka
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 5 号: 2 ページ: 119-214
  • DOI: 10.3390/sym5020119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiclassical approach to competing orders in a two-leg spin ladder with ring exchange (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka, P. Lecheminant and S. Capponi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.014435
  • 査読あり
• [学会発表] Realizing Symmetry-Protected Topological Phases with SU(N) Ultra-Cold Fermions (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2014-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] 一次元SU(N)冷却原子系におけるSPT相の性質と秩序変数 (2014)
  • 著者名/発表者名: 戸塚圭介
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会シンポジウム
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry-protected topological Mott phases of ultra-cold fermions in one dimension (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: workshop TCQS2014
  • 発表場所: Max-Planck Institute for Physics of Complex Systems
  • 年月日: 2014-08-02
• [学会発表] Symmetry-protected topological Mott phases of ultra-cold fermions in one dimension (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: 国際研究会「New Horizon of Strongly-Correlated Physics」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2014-07-02
• [学会発表] Symmetry-protected topological phases in alkaline-earth ultra-cold fermionic atoms in one dimension (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: Emergent QUantum Phases in Condensed Matter
  • 発表場所: 東京大学物性研究所、柏、日本
• [学会発表] Symmetry-protected topological phases in alkaline-earth ultra-cold fermionic atoms in one dimension (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: 25th Internationnal Conference on Statistical Physics
  • 発表場所: ソウル国立大学校、ソウル、韓国
• [学会発表] Symmetry-protected topological phases of alkaline-earth ultra-cold fermionic atoms in one dimension (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: Trends in Theory of Condensed Matter
  • 発表場所: スイス連邦工科大学、ローザンヌ、スイス
  • 招待講演
• [学会発表] Featureless spin liquid phases in high magnetic field
  • 著者名/発表者名: K. Totsuka
  • 学会等名: Theory of Quantum Gases and Quantum Coherence
  • 発表場所: ENS Lyon, France
• [学会発表] 飽和磁場直下におけるスピンネマティック状態の安定性
  • 著者名/発表者名: 植田浩明, 戸塚圭介
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス
• [学会発表] 強磁場中で実現するスピン液体磁化プラトー状態
  • 著者名/発表者名: 戸塚圭介
  • 学会等名: 基研研究会「量子スピン系の物理」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所