トポロジカル欠陥が織りなす新奇で普遍的なダイナミクスの探求

• 研究課題/領域番号: 26870295
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小林 未知数 京都大学, 理学研究科, 助教 (50433313)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 超流動 / 量子渦 / 量子乱流 / ヘリシティカスケード / エネルギー逆カスケード / トポロジカル欠陥 / 非可換量子渦 / カスケード / Kosterlitz-Thouless転移 / マルチギャップ超伝導 / 非可換量子乱流 / エネルギースペクトル / 結び目 / 絡み目 / 相転移 / パーコレーション / 乱流転移 / 向き付きパーコレーション / 南部・ゴールドストーンモード

研究成果の概要

本研究では、結晶や磁性体、超流動のような秩序を持つ系に着目する。秩序構造は特徴的なトポロジーの構造を持っており、系は非平衡状態において、そのトポロジーによって決まるトポロジカル欠陥を有する。様々な系の様々なトポロジカル欠陥に普遍的に現れる統計法則を探求し、理解するという目的のもとで研究を行った。本研究おける最大の成果は、1次元状のトポロジカル欠陥である量子渦によって構成される量子乱流と呼ばれる非平衡状態において、量子渦同士の間に力学的ではなくトポロジカルな相互作用を導入したときに、乱流の最も普遍的であると言われるコルモゴロフ則が破れ、新しい乱流の統計法則が現れることを明らかにしたことである。

研究成果

• [国際共同研究] パリ第6大学(フランス)
• [国際共同研究] ウズベキスタン国立大学(ウズベキスタン)
• [雑誌論文] Is a Doubly Quantized Vortex Dynamically Unstable in Uniform Superfluids? (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Takeuchi, Michikazu Kobayashi and Kenichi Kasamatsu
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 87 号: 2 ページ: 023601
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.023601
  • NAID: 130007646688
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quench dynamics of the three-dimensional U(1) complex field theory: geometric and scaling characterisation of the vortex tangle (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Leticia F. Cugliandolo
  • 雑誌名: Phys.Rev. 巻: E94 号: 6
  • DOI: 10.1103/physreve.94.062146
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal quenches in the stochastic Gross-Pitaevskii equation: Morphology of the vortex network (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Leticia F. Cugliandolo
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 115 号: 2 ページ: 20007-20007
  • DOI: 10.1209/0295-5075/115/20007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamics of trapped interacting vortices in Bose-Einstein condensates: a role of breathing degree of freedom (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Nakamura, Doniyor Babajanov, Davron Matrasulov, Michikazu Kobayashi, and Paulsamy Muruganandam
  • 雑誌名: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 巻: 49 号: 31 ページ: 315102-315102
  • DOI: 10.1088/1751-8113/49/31/315102
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interpolating relativistic and nonrelativistic Nambu-Goldstone and Higgs modes (2015)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 92 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.045028
  • NAID: 120005672573
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nambu-Goldstone Modes Propagating along Topological Defects: Kelvin and Ripple Modes from Small to Large Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Takahashi, Michikazu Kobayashi, and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.184501
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonrelativistic Nambu-Goldstone Modes Associated with Spontaneously Broken Space-Time and Internal Symmetries (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi, Muneto Nitta
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 113 号: 12 ページ: 120403-120403
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.120403
  • NAID: 120005477680
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonrelativistic Nambu-Goldstone modes propagating along a Skyrmion line (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi, Muneto Nitta
  • 雑誌名: Phys.Rev.D 巻: 90 号: 2 ページ: 025010-025010
  • DOI: 10.1103/physrevd.90.025010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Color Magnetism in Non-Abelian Vortex Matter (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi, Eiji Nakano, Muneto Nitta
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1406 号: 6 ページ: 130-130
  • DOI: 10.1007/jhep06(2014)130
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Torus knots as Hopfions (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 728 ページ: 314-318
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2013.12.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vortex polygons and their stabilities in Bose-Einstein condensates and field theory (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 175 号: 1-2 ページ: 208-215
  • DOI: 10.1007/s10909-013-0977-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kelvin modes as Nambu-Goldstone modes along superfluid vortices and relativistic strings: finite volume size effects (2014)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 021B01 号: 2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu017
  • NAID: 120005466629
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 3次元量子乱流におけるエネルギー・ヘリシティ2重カスケード (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 研究会「第4回 量子渦と非線形波動」, 東京理科大学神楽坂キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 非可換量子乱流におけるエネルギーおよびヘリシティーカスケード (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数、上田正仁
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会, 東京理科大学野田キャンパス
• [学会発表] Energy-helicity dual cascades in non-Abelian quantum turbulence (2017)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: Topological Science Symposium 2017, Keio University, Yokohama, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Energy and helicity cascade in non-Abelian quantum turbulence (2017)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: Advances in Mathematical Modelling and Numerical Simulation of Superfluids, Universite de Rouen, Normandie, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トポロジカル欠陥のダイナミクスと量子乱流 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 理研シンポジウム・iTHES/iTHEMS研究会 2017 非平衡物理の最前線－素粒子・宇宙から物性まで－, 理化学研究所・鈴木梅太郎記念ホール
  • 招待講演
• [学会発表] 2成分ボース系における量子渦のトポロジーおよびBKT転移 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数、衛藤稔、新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会, 岩手大学上田キャンパス
• [学会発表] Energy and helicity cascades in non-Abelian quantum turbulence (2017)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: International Conference on Ultra Low Temperature Physics, Heidelberg University, Heidelberg, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Topologically protected linking number cascade in non-Abelian quantum turbulence (2017)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: Topological Science Workshop 2017
  • 発表場所: Hiyoshi Campus, Keio University, Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 非可換量子乱流で実現する新しい乱流のユニバーサリティクラス (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 新学術領域「ゆらぎと構造」第2回冷却原子研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス, 大阪府大阪市住吉区杉本3-3-138
• [学会発表] 非線形シュレディンガー方程式で記述される量子流体力学および乱流 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 北陸応用数理研究会2017
  • 発表場所: しいのき迎賓館3Fセミナールーム, 石川県金沢市広坂2-1-1
  • 招待講演
• [学会発表] Linking number cascade in non-Abelian quantum turbulence (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: 26th IUPAP International conference on Statistical Physics
  • 発表場所: Palais des Congres, Lyon, France
  • 年月日: 2016-07-18
  • 国際学会
• [学会発表] スピノル・ボース・アインシュタイン凝縮とヘリシティ (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] Vortices and other topological defects in ultracold atomic gases (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: Core-to-Core International meeting χMag2016 Symposium
  • 発表場所: Oriental Hotel Hiroshima
  • 年月日: 2016-02-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermodynamic phase transition and quantized vortices in Bose-Einstein condensates (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: 研究会「量子渦と非線形波動」
  • 発表場所: 東京理科大学森戸記念館
  • 年月日: 2016-01-19
  • 招待講演
• [学会発表] 量子流体におけるトポロジカル欠陥の非可換性および量子乱流への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 平成27年度物性研究所短期研究会「量子乱流と古典乱流の邂逅」
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 2016-01-05
• [学会発表] Turbulence in quantum hydrodynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: RIMS workshop on "Mathematial Analysis of Viscous Inconpressible Fluid"
  • 発表場所: Research Institute for Mathematical Sciences, Kyoto University, Kitashirakawa, Sakyo-ku, Kyoto, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum nature and statistical law in quantum turbulence (2016)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: CIRM conference "New Challenges in Mathematical Modelling and Numerical Simulation of Superfluids"
  • 発表場所: Centre International de Rencontres Mathematiques, Luminy, Marseille, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 量子乱流におけるヘリシティ (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 研究会「第3回量子渦と非線形波動」
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂キャンパス, 東京都新宿区神楽坂1-3
  • 招待講演
• [学会発表] 対称性の破れに基づく結晶の有効理論の構築およびトポロジカル欠陥の動力学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: IMI研究集会「結晶のらせん転移の数理」
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス, 福岡県福岡市西区元岡744
  • 招待講演
• [学会発表] 発達量子乱流におけるケルビン波カスケード (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 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, 石川県金沢市角間町
• [学会発表] 2次元スピノル・ボース・アインシュタイン凝縮におけるKosterlitz-Thouless転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 東大物性研短期研究会「スピン系物理の深化と最前線」
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] 量子乱流に潜む量子渦の不変構造、およびその探索に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 第9回物性科学領域横断研究会ー凝縮系科学の最前線
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2015-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元スピノル・ボース原子気体における量子渦とKosterlitz-Thouless転移の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Quantum Turbulence in Spinor Bose-Einstein Condensates (2015)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] スピン1イジング強磁性BECにおけるcomposite quantum turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 新学術領域研究研究集会「ゆらぎと構造の協奏」
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2015-05-01
• [学会発表] 冷却スピノル・ボース原子気体におけるKosterlitz-Thouless転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [図書] 量子流体力学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坪田誠、笠松健一、小林未知数、竹内宏光
  • 総ページ数: 350
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621302477
• [備考] 小林未知数
  • URL: http://www.ton.scphys.kyoto-u.ac.jp/~michikaz/index_j.html