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2017 年度 実施状況報告書

スピン軌道結合によるトポロジカル構造と輸送現象

研究課題

研究課題/領域番号 15K17726
研究機関名古屋大学

研究代表者

川口 由紀  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00456261)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードスピン軌道相互作用 / 冷却原子気体 / スキルミオン / トポロジカル励起
研究実績の概要

[1] スピンと軌道角運動量の結合した原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)のダイナミクスを調べた。ラゲール・ガウスビームを用いると、原子のスピン自由度と軌道角運動量を結合させることができ、原子の磁気副準位に応じた角運動量を与えることができる。この方法によりスピン渦状態が実験で生成されたため、そのダイナミクスを理論的に調べた。その結果、スピン渦は非常に長時間安定であること、およびスピン・軌道角運動量結合を消すと渦が2つの半整数量子渦に分裂することがわかった。本研究は台湾の中央研究院の実験グループとの共同研究で、現在論文投稿中である。
[2] 単原子層の遷移金属ダイカルコゲナイト(TMS)において、バレー・エデルシュタイン効果が起こることを示した。スピン軌道相互作用する物質では、軌道とスピン自由度の結合により、電場をかけるとそれに垂直方向にスピン分極が起こるというエデルシュタイン効果が知られている。本研究では、TMSではイジングタイプのスピン軌道結合があるためにバレー依存したエデルシュタイン効果が起こることを示し、誘起されるスピンは電場に平行成分を持つことを明らかにした。この研究は香港科学技術大学との共同研究で、現在論文投稿中である。
[3] スピン軌道結合したBECにおける励起スペクトルをトポロジーにより分類した。凝縮体の励起はボゴリュボフ方程式により記述されるが、ボース粒子の場合にはその統計を反映して、ボゴリュボフ方程式が非エルミート固有値方程式となり、固有値に複素数が出現しうる。本研究では、固有値に複素固有値が出現する場合にも有用なトポロジカル数を導出した。この研究成果は現在論文を執筆中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度からの課題であったボース粒子系の運動量空間におけるトポロジーの研究については、実績の概要[3]で述べたとおり進展があった。トポロジカル励起に関して実験グループと共同研究(実績の概要[1])を始めたことも大きな進展である。また、実績の概要[2]にあるように、固体電子系における結果も順調に出せている。

今後の研究の推進方策

[1] 原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体におけるトポロジカル励起のダイナミクスについて、波動関数のマニュフォルドを広げた解析を行い実験と共同研究を進める。
[2] 運動量空間のトポロジーに関して、空間次元が2次元、3次元の場合も考え、トポロジカル数の定義を拡張する。
[3] 磁気スキルミオンに働く相互作用について、引力相互作用が生じる場合があることがわかった。スキルミオンが格子状に並んだときにこの相互作用がどのように影響をおよぼすかを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

(理由)他の予算を獲得し、そちらの研究に関する出張が多くなったため。
(使用計画)成果発表旅費に使う。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] 中央研究院(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      中央研究院
  • [国際共同研究] 香港科学技術大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      香港科学技術大学
  • [学会発表] Interaction between Magnetic Skyrmions2018

    • 著者名/発表者名
      R. Koyama, Y. Kawaguchi
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ボース凝縮体における励起スペクトルの トポロジカルな分類2018

    • 著者名/発表者名
      大橋輝道, 小林伸吾, 川口由紀
    • 学会等名
      量子渦と非線形波動
    • 招待講演
  • [学会発表] ボース・アインシュタイン凝縮体のトポロジカル相におけるバルク・エッジ対応2018

    • 著者名/発表者名
      大橋輝道, 小林伸吾, 川口由紀
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 磁化したトポロジカル絶縁体表面におけるジョセフソン接合2018

    • 著者名/発表者名
      土岐翼, Bo Lu, Pablo Burset, 川口由紀, 田仲由喜夫
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] Coarsening dynamics of a binary Bose-Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawaguchi, K. Haneda, K. Kudo
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2017 (TopoMat2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Coarsening dynamics in spinor Bose-Einstein condensates2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawaguchi, K. Haneda, K. Kudo
    • 学会等名
      International workshop on Topological structures in Quantum Matter
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Domain Growth Dynamics in a Population Imbalanced Binary BEC2017

    • 著者名/発表者名
      K. Haneda, K. Kudo, Y. Kawaguchi
    • 学会等名
      28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
    • 国際学会
  • [学会発表] Bulk-edge correspondence for Bose Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi, S. Kobayashi, Y. Kawaguchi
    • 学会等名
      Coherente Quantum Dynamics 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] アクシオンドメインによる電磁場応答2017

    • 著者名/発表者名
      今枝立至, 川口由紀
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] Bulk-edge correspondence for Bogoliubov band in Bose Einstein condensate2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi, S. Kobayashi, Y. Kawaguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structere out of Equilibrium 2017
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-22  

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