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強相関冷却原子系におけるトポロジカル秩序の探索とその基礎理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 25800225
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関東京大学

研究代表者

古川 俊輔  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50647716)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード物性理論 / 冷却原子 / 人工ゲージ場 / 量子ホール効果 / スピントロニクス / トポロジカル秩序 / トポロジカル絶縁体 / 光格子 / ボースアインシュタイン凝縮体 / ボースアインシュタイン凝縮
研究成果の概要

トポロジカル秩序状態は、量子化された応答や分数統計に従う準粒子などの興味深い性質を示すことが知られる。本研究では、操作性の高い冷却原子系で実現可能な新奇トポロジカル秩序状態の理論的探索、その諸性質の解明に取り組んだ。特に、人工ゲージ場中の二成分ボース気体の基底状態相図を詳細に決定し、特異な端状態を持つボソン版整数量子ホール状態の存在、時間反転対称性の相互作用効果への非自明な役割を明らかにした。また、光格子中のBose-Einstein凝縮体の励起バンドが非自明なトポロジーを獲得しうること、それに起因する端状態が巨視的量子干渉により観測できることを示した。

報告書

(5件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2017 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 7件、 招待講演 16件)

  • [国際共同研究] TU Wien(Austria)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Univ. P. et M. Curie(France)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Universitaet Magdeburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] TU Wien(Austria)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Univ. P. et M. Curie(France)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universitaet Magdeburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Geometrically frustrated coarsening dynamics in spinor Bose-Fermi mixtures2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thanh Phuc, Tsutomu Momoi, Shunsuke Furukawa, Yuki Kawaguchi, Takeshi Fukuhara, and Masahito Ueda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 95 号: 1 ページ: 013620-013620

    • DOI

      10.1103/physreva.95.013620

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Devil's staircases in synthetic dimensions and gauge fields2017

    • 著者名/発表者名
      T. Y. Saito, S. Furukawa
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 95 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.95.043613

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bosonic integer quantum Hall effect as topological pumping2017

    • 著者名/発表者名
      Masaya Nakagawa and Shunsuke Furukawa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 16 ページ: 165116-165116

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.165116

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetic behavior of volborthite Cu3V2O7(OH)2(H2O)2 determined by coupled trimers rather than frustrated chains2016

    • 著者名/発表者名
      O. Janson, S. Furukawa, T. Momoi, P. Sindzingre, J. Richter, K. Held
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.037206

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fractional quantum Hall states of dipolar fermions in a strained optical lattice2016

    • 著者名/発表者名
      H. Fujita, Y. O. Nakagawa, Y. Ashida, and M. Ueda
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 94 号: 4 ページ: 043641-043641

    • DOI

      10.1103/physreva.94.043641

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantum critical behavior influenced by measurement backaction in ultracold gases2016

    • 著者名/発表者名
      Yuto Ashida, Shunsuke Furukawa, and Masahito Ueda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 94 号: 5 ページ: 053615-053615

    • DOI

      10.1103/physreva.94.053615

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Excitation band topology and edge matter waves in Bose-Einstein condensates in optical lattices2015

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 17 号: 11 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1088/1367-2630/17/11/115014

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Global phase diagram of two-component Bose gases in antiparallel magnetic fields2014

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Furukawa and Masahito Ueda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 90 号: 3 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/physreva.90.033602

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Temperature-Dependent Interplay of Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Single-Ion Anisotropy in Multiferroic BiFeO32014

    • 著者名/発表者名
      J. Jeong, M. D. Le, P. Bourges, S. Petit, S. Furukawa, S.-A. Kim, S. Lee, S-W. Cheong, J.-G. Park
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 113 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevlett.113.107202

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Integer Quantum Hall State in Two-Component Bose Gases in a Synthetic Magnetic Field2013

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 111 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevlett.111.090401

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entanglement spectra between coupled Tomonaga-Luttinger liquids: Applications to ladder systems and topological phases2013

    • 著者名/発表者名
      Rex Lundgren, Yohei Fuji, Shunsuke Furukawa, and Masaki Oshikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 88 号: 24

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.245137

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 二成分ボース気体の量子ホール相図2017

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(豊中キャンパス)、豊中市、大阪府
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 二成分ボース気体の量子ホール相図2016

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      第2回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス、仙台市、宮城県
    • 年月日
      2016-12-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 結合トライマー模型によるボルボサイトの理論2016

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(角間キャンパス)、金沢市、石川県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetic properties of volborthite determined by a coupled-trimer model2016

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      Current Frontiers in Condensed Matter Physics
    • 発表場所
      International Center for Theoretical Sciences (ICTS), Bangalore, India
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Excitation band topology and edge matter waves in Bose-Einstein condensates in optical lattices2016

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      CEMS Topical Meeting on Cold Atoms
    • 発表場所
      理化学研究所、和光市、埼玉県
    • 年月日
      2016-06-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mutual information of two disjoint intervals in Tomonaga-Luttinger liquids: bosons versus fermions2016

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      YITP long term workshop 2016 "Quantum Information in String Theory and Many-Body Systems" (4-day conference "Holography and Quantum Information")
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所、左京区、京都市、京都府
    • 年月日
      2016-05-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetic properties of volborthite determined by a coupled-trimer model2016

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      Trends in Theory of Correlated Materials (Swiss-Japan Workshop 2016)
    • 発表場所
      Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Devil's staircases in synthetic dimensions and gauge fields2016

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      Beijing-Tokyo Joint Workshop on Ultracold Atoms
    • 発表場所
      清華大学、北京、中国
    • 年月日
      2016-04-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 結合トライマー模型によるボルボサイトの磁気的性質の解析2016

    • 著者名/発表者名
      O. Janson, 古川俊輔, 桃井勉, P. Sindzingre, J. Richter, K. Held
    • 学会等名
      日本物理学会第70回(2016年)年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学、泉区、仙台市
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ゲージ場中の冷却原子系における量子ホール物理2016

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      第6回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」連携研究会
    • 発表場所
      東京大学、文京区、東京都
    • 年月日
      2016-02-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 光格子中のBECにおけるバンド・トポロジーとエッジ物質波2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      第1回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
    • 発表場所
      京都大学、左京区、京都市
    • 年月日
      2015-12-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 結合トライマー模型によるボルボサイトの磁気的性質の解析2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      物性研短期研究会「スピン系物理の深化と最前線」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所、柏市、千葉県
    • 年月日
      2015-11-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 光格子中のBose-Einstein凝縮体における励起バンド・トポロジーとエッジ物質波2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      第9回物性科学領域横断研究会
    • 発表場所
      東京大学、文京区、東京都
    • 年月日
      2015-11-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工次元・ゲージ場中の相互作用粒子系における悪魔の階段2015

    • 著者名/発表者名
      齋藤岳志、古川俊輔
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学、吹田市、大阪府
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Hall physics of bosons in synthetic gauge fields2015

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      International Workshop "Synthetic Quantum Magnetism"
    • 発表場所
      Max Planck Institute, Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-08-31
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Excitation band topology and edge matter waves in Bose-Einstein condensates in optical lattices2015

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      24th Annual International Laser Physics Workshop
    • 発表場所
      Courtyard Shanghai-Pudong, Shanghai, China
    • 年月日
      2015-08-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] エンタングルメント・エントロピーと共形場理論2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      第32回量子情報技術研究会(QIT32)
    • 発表場所
      大阪大学、豊中市、大阪府
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光格子中のBose-Einstein凝縮体におけるBogoliubov励起バンドのトポロジーII2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      日本物理学会第70回(2015年)年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学、新宿区、東京都
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ゲージ場中の冷却原子系における量子ホール物理2015

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      統計物理学懇談会(第3回)
    • 発表場所
      慶応大学、横浜市、神奈川県
    • 年月日
      2015-03-09 – 2015-03-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Hall states in two-component Bose gases in synthetic gauge fields2014

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      YITP Long-Term Workshop "Novel Quantum States in Condensed Matter 2014"
    • 発表場所
      Kyoto Univ., Kyoto
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ボソンの整数量子ホール状態2014

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学、春日井市、愛知県
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光格子中のBose-Einstein凝縮体におけるBogoliubov励起バンドのトポロジー2014

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学、春日井市、愛知県
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Hall states in two-component Bose gases in a synthetic magnetic field2014

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      Quantum Gases 2014: Synthetic Gauge Field and Large Spin Systems
    • 発表場所
      Institute for Advanced Studies, Tsinghua Univ., Beijing, China
    • 年月日
      2014-08-26 – 2014-08-28
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Hall states in two-component Bose gases in a synthetic magnetic field2014

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      23rd Annual International Laser Physics Workshop
    • 発表場所
      Ramada Sofia Hotel, Sofia, Bulgaria
    • 年月日
      2014-07-14 – 2014-07-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Global phase diagram of two-component Bose gases in antiparallel magnetic fields2014

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      RIKEN-APW joint workshop ``Highlights in condensed matter physics''
    • 発表場所
      RIKEN, Wako, Saitama
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Global phase diagram of two-component Bose gases in a time-reversal-invariant gauge field2014

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
    • 発表場所
      University of Tokyo, Tokyo
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 結合した朝永・ラッティンジャー流体間のエンタングルメント・スペクトル:梯子系および二次元トポロジカル相への応用2014

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      基研研究会「量子情報の新展開」
    • 発表場所
      京都大学、京都市、京都府
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間反転対称ゲージ場中の二成分ボース気体の基底状態相図2014

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      日本物理学会第69回(2014年)年次大会
    • 発表場所
      東海大学、平塚市、神奈川県
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Hall states in two-component Bose gases in a synthetic magnetic field2013

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      7th ISSP International Symposium ``Emergent Quantum Phases in Condensed Matter''
    • 発表場所
      Institute for Solid State Physics, Kashiwa, Chiba
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Hall states in two-component Bose gases in a synthetic magnetic field2013

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, M. Ueda
    • 学会等名
      YITP workshop ``Mathematical Statistical Physics''
    • 発表場所
      Kyoto University, Kyoto
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工ゲージ場中の二成分ボース気体における整数量子ホール状態2013

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学、徳島市、徳島県
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Entanglement spectra in topological phases and coupled Tomonaga-Luttinger liquids2013

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa
    • 学会等名
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
    • 発表場所
      Culture Resort Festone, Ginowan, Okinawa
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工ゲージ場中の二成分ボース気体における量子ホール状態2013

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      第7回物性科学領域横断研究会
    • 発表場所
      東京大学、東京都
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル秩序と量子エンタングルメント2013

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔
    • 学会等名
      基研研究会「量子情報物理学」
    • 発表場所
      京都大学、京都市、京都府
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 時間反転対称ゲージ場中の二成分ボース気体のグローバル相図2013

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、上田正仁
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第4回領域研究会
    • 発表場所
      名古屋大学、名古屋市、愛知県
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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