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非エルミートバンド構造が織りなす新奇トポロジカル物質

公募研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 20H04627
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関筑波大学

研究代表者

吉田 恒也  筑波大学, 数理物質系, 助教 (50733078)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードトポロジカル物性 / 非エルミート系 / 強相関系 / 非エルミート・トポロジカル系 / メカニカル・メタマテリアル / 電気回路 / トポロジカルメタマテリアル / 開放量子系 / メカニカルメタマテリアル / トポロジカル電気回路
研究開始時の研究の概要

トポロジカル絶縁体の発見以降、波動関数のトポロジカルな性質に起因した異常な物性が数多く報告され、理論の整備・物質開拓が急速に進められてきた。
一方で近年、基礎方程式が非エルミート行列で記述される非エルミート系において、これまでにない特有の現象が報告されている。本研究では、非エルミート・トポロジカル系の理論の整備を行うとともに、非エルミート性という新しい観点からトポロジカル物質の開拓に取り組む。特に、メカニカルメタマテリアル、トポロジカル電気回路、強相関電子系を主な舞台として独自の研究を展開していく。

研究実績の概要

本課題では大きく分けて三つの成果を挙げることができた。以下、具体的に述べる。
1)進化ゲーム理論におけるトポロジカル物理の展開:進化ゲーム理論は生物の繁殖や人間の合理的振る舞いなどの数理的な記述を可能とし、生物物理や社会科学といった学際的な注目を集めている。このような背景のもと、本研究ではじゃんけんゲームを拡張した系においてトポロジカル現象が見られることを明らかにした。具体的には、トポロジカル現象の典型例であるカイラルエッジ状態の発現をカゴメ格子状のじゃんけんゲームを解析することで明らかにした[T. Yoshida PRE (2021)]。さらに、例外点の発現や非エルミート表皮効果の発現も指摘した[T. Yoshida et al., Sci.Rep. (2022)]。
2)トポロジカル近藤絶縁体の表面における例外点の発現:トポロジカル近藤絶縁体の候補物質であるSmB6ではギャップレスの表面状態が発現することが確認されている。本研究では、SmB6と同じトポロジーを有する周期アンダーソン模型を解析することで二次元表面において例外点が発現することを明らかにした[R. Peters et al., PRB (2021)]。
3)ゼロ次元強相関非エルミート系における点ギャップトポロジーのリダクション:非エルミート系では点ギャップトポロジーという特有のトポロジカルな構造が見られる。一方で、通常のエルミート系では強相関効果によって自由粒子系の分類学が変更を受ける、分類学のリダクションが報告されている。この背景のもと、本研究ではゼロ次元非エルミート系における強相関効果を解析し、点ギャップトポロジーにおいても強相関効果による分類学のリダクションがみられることを世界に先駆けて明らかにした[T. Yoshida et al., PRB (2021)]。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 6件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] リヨン大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラウンシュヴァイク工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ストックホルム大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Non-Hermitian topology in rock-paper-scissors games2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida Tomonari Mizoguchi and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 5601-7

    • DOI

      10.1038/s41598-021-04178-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discriminant indicators with generalized inversion symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Tsuneya、Okugawa Ryo、Hatsugai Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 8 ページ: 085019-085019

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.085109

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological d-wave superconductivity in two dimensions2022

    • 著者名/発表者名
      Youichi Yanase Akito Daido Kazuaki Takasan and Tsuneya Yoshida
    • 雑誌名

      Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

      巻: 140 ページ: 1151431-22

    • DOI

      10.1016/j.physe.2022.115143

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Edge states of a diffusion equation in one dimension: Rapid heat conduction to the heat bath2022

    • 著者名/発表者名
      Shusei Makino Takahiro Fukui Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 105 号: 2 ページ: 0241371-9

    • DOI

      10.1103/physreve.105.024137

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discriminant indicator with generalized rotational symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Wakao Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2203.05773 ページ: 1-12

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Square-root topological phase with time-reversal and particle-hole symmetry2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida Tomonari Mizoguchi Yoshihito Kuno and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 103 号: 23 ページ: 2351301-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.235130

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics governed by symmetry-protected exceptional rings for mechanical systems2021

    • 著者名/発表者名
      Gen Najima Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2106.13563 ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Chiral edge modes in evolutionary game theory: A kagome network of rock-paper-scissors cycles2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida Tomonari Mizoguchi and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 104 号: 2 ページ: 0250031-9

    • DOI

      10.1103/physreve.104.025003

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation effects on non-Hermitian point-gap topology in zero dimension: Reduction of topological classification2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 104 号: 7 ページ: 0751061-8

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.075106

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Higher-order topological Mott insulator on the pyrochlore lattice2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Otsuka Tsuneya Yoshida Koji Kudo Seiji Yunoki and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 202701-7

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99213-z

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Symmetry-Protected Multifold Exceptional Points and Their Topological Characterization2021

    • 著者名/発表者名
      Pierre Delplace Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 127 号: 18 ページ: 1866021-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.186602

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Surface exceptional points in a topological Kondo insulator2021

    • 著者名/発表者名
      Robert Peters Kazuhiro Kimura Yoshihiro Michishita Tsuneya Yoshida and Norio Kawakami
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 104 号: 23 ページ: 2351531-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.235153

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bulk-edge correspondence of classical diffusion phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 8881-7

    • DOI

      10.1038/s41598-020-80180-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exceptional points in the one-dimensional Hubbard model2021

    • 著者名/発表者名
      Rausch Roman、Peters Robert、Yoshida Tsuneya
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 23 号: 1 ページ: 013011-013011

    • DOI

      10.1088/1367-2630/abd35e

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mirror skin effect and its electric circuit simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida, Tomonari Mizoguchi, and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 2 号: 2 ページ: 0220621-6

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.022062

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topological Modes Protected by Chiral and Two-Fold Rotational Symmetry in a Spring-Mass Model with a Lieb Lattice Structure2020

    • 著者名/発表者名
      Wakao Hiromasa、Yoshida Tsuneya、Mizoguchi Tomonari、Hatsugai Yasuhiro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 8 ページ: 0837021-4

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.083702

    • NAID

      210000158699

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fate of fractional quantum Hall states in open quantum systems: Characterization of correlated topological states for the full Liouvillian2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Tsuneya、Kudo Koji、Katsura Hosho、Hatsugai Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 0334281-16

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033428

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phase transitions and generalized biorthogonal polarization in non-Hermitian systems2020

    • 著者名/発表者名
      Elisabet Edvardsson, Flore K. Kunst, Tsuneya Yoshida, and Emil J. Bergholtz
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 2 号: 4 ページ: 0430461-10

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.043046

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exceptional band touching for strongly correlated systems in equilibrium2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Tsuneya、Peters Robert、Kawakami Norio、Hatsugai Yasuhiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa059

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Correlation effects on non-Hermitian topology2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      Bulk-Edge/Boundary-Correspondence 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological band theory of thermal diffusion and rock-paper-scissors games2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 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 / 招待講演
  • [学会発表] 非エルミート性が誘起する強相関トポロジカル現象2022

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Correlated systems with non-Hermitian topology2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      New Trends in Quantum Condensed Matter Theory
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ゼロ次元非エルミートトポロジカル系における強相関効果2021

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of non-Hermitian topology in correlated systems2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      Theoretical studies of topological phases of matter
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 進化ゲーム理論におけるトポロジカル現象2021

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      開放系トポロジーの探求
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exceptional points under symmetry and correlations2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      Pseudo-Hermitian Hamiltonians in Quantum Physics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chiral edge modes of coupled rock-paper-scissors cycles2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      2021 Informal meeting: Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Non-Hermitian fractional quantum Hall states in open quantum systems2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      APS march meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡散現象におけるバルク-エッジ対応2021

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非エルミート系におけるトポロジカル物性2021

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      新学術基礎講義(次世代物質探索のための離散幾何学)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological band structure of classical diffusion phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuneya Yoshida
    • 学会等名
      2020 Informal meeting: Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子開放系での分数量子ホール状態の特徴付け2020

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也、工藤耕司、桂法称、初貝安弘
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 複素値相互作用における非エルミート分数量子ホール状態2020

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也、工藤耕司、初貝安弘
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非エルミート系における分数量子ホール状態2020

    • 著者名/発表者名
      吉田恒也
    • 学会等名
      KEKオンライン研究会「熱場の量子論とその応用」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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