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2018 年度 実施状況報告書

多成分超流体における秩序化過程のパーコレーションと動的統計則

研究課題

研究課題/領域番号 17K05549
研究機関大阪市立大学

研究代表者

竹内 宏光  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (10587760)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード自発的対称性の破れ / 超流動 / 秩序化動力学 / 浸透理論 / ボース・アインシュタイン凝縮
研究実績の概要

(i)多成分超流体の秩序化過程における複合欠陥の生成機構の理論的解明
(ii)離散的対称性の破れによる秩序化過程における小規模構造に対する普遍的統計則の解明
(i)について:韓国ソウル国立大学のShin氏の実験グループは,多成分超流体であるスピン1のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の系を,量子クエンチにより反強磁性(AF)相からポーラー(P)相に瞬間的に相転移させることにより,ドメイン壁が途中で途切れたような奇妙な構造が現れることを実験的に確認していた.研究交流のためShin氏のグループを訪問した私はこの観測結果の理論的解明を依頼され,それに成功した.この奇妙な構造は半整数量子渦とドメイン壁が結合した複合欠陥と呼ばれ,離散的な対称性の自発的破れとソリトンの不安定性に関連し,両者を特徴づける二つの異なる長さ(エネルギー)スケールに大きな差異が存在する場合に比較的安定に存在できる.また,このように複数の不安定性機構が順次起こるような秩序化過程はこれまであまり知られておらず,新奇な秩序化過程の発見であると言える.
(ii)について:前年度の研究で,相分離する2成分超流体の秩序化過程におけるドメインサイズ分布について,小規模構造が量子効果によって異常な振る舞いをすることを明らかにした.本研究ではこの小規模構造に着目し,離散的対称性の自発的破れが起こる秩序化過程にについて,系に依らない普遍的な統計則を理論的に提案した.2次元系の小規模構造は円状のドメイン壁によって支配されることが観測されているが,その円状のドメイン壁の内部構造の影響は統計的に無視できることを解析的に明らかにした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究実績の概要で説明した通り,(i)の研究はソウル国立大の実験グループから理論的解明を依頼されて行った国際共同研究である.依頼を受けた時点で私はその重要性を強く認識し,当初の計画を変更してこの共同研究を最優先課題とした.これにより,他の小課題の進展に遅れが生じている.しかし,上記共同研究で得られた成果はその遅れを補って余りあるものであると言える.実際,この研究に関して2018年末に米国物理学会のPhysical Review Lettersに投稿した論文は,約一か月程で受諾された.

今後の研究の推進方策

上記(i)の成果は,交付申請の研究計画に記載した小課題【5】に相当すると言える.韓国の実験グループとは今後も研究交流を継続する予定である.(ii)の成果は小課題【2】に該当するが,上述した通り,(i)の課題を優先したために進捗が遅れている.2017年度に加えて2018年度においても研究計画が変更されており,とりわけ,小課題【5】の比重が他の小課題に比べて大きくなっている.2019年度は,中断していた小課題【2】に関して,フランスの理論グループとの共同研究を進める予定である.また,小課題【5】に関連し,ベルギーの理論グループと共同で,フェルミ超流体における位相欠陥の動的現象に焦点を当てた研究に取り組む予定である.
小課題【3】と【4】についてはまだ着手できていないのが現状であるが,準備が整い次第,随時実行に移す.

次年度使用額が生じた理由

当該年度から次年度にまたがった長期海外出張を実施することになったため,所属機関における予算執行の規則上,一部の予算を次年度へ繰り越す必要が生じた.また,次年度は当初予定していたアルゼンチンへの海外出張に加えてブラジルへも赴くことになったため,次年度予算を補填する必要が生じた.

備考

(1)研究者個人のホームページ
(2)研究者が所属する大阪市立大学の研究者総覧

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ソウル国立大学(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      ソウル国立大学
  • [国際共同研究] アントワープ大学(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      アントワープ大学
  • [国際共同研究] ソルボンヌ大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ソルボンヌ大学
  • [雑誌論文] Observation of Wall-Vortex Composite Defects in a Spinor Bose-Einstein Condensate2019

    • 著者名/発表者名
      Kang Seji、Seo Sang Won、Takeuchi Hiromitsu、Shin Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 ページ: 095301-1,-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.122.095301

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] On the Internal Structure of Smaller Domains in Domain Coarsening Dynamics of Spontaneous Z2-Symmetry Breaking in Two Dimensions2018

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Hiromitsu
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s10909-018-02129-8

    • 査読あり
  • [学会発表] Is a doubly quantized vortex unstable in uniform Bose-Einstein condensates at zero temperature?2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromitsu Takeuchi, Michikazu Kobayashi, Kenichi Kasamatsu
    • 学会等名
      Quantum Science Symposium Europe-2018 Meeting, Peterhouse, University of Cambridge, UK
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 相分離する2成分超流体の秩序化過程2018

    • 著者名/発表者名
      竹内宏光
    • 学会等名
      研究会「超流動3HeおよびスピノールBECにおけるトポロジカル相・励起」,近畿大学,東大阪キャンパス
    • 招待講演
  • [学会発表] Instability of a Doubly Quantized Vortex in Uniform Superfluids at Zero Temperature2018

    • 著者名/発表者名
      H. Takeuchi, M. Kobayashi, and K. Kasamatsu
    • 学会等名
      QFS2018: Internatinal Conference on Quantum Fluids and Solids,Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] Anomalous hierarchy in domain coarsening dynamics of two-component Bose-Einstein condensates2018

    • 著者名/発表者名
      H. Takeuchi
    • 学会等名
      QFS2018: Internatinal Conference on Quantum Fluids and Solids
    • 国際学会
  • [備考] Hiromitsu Takeuchi 竹内 宏光(1)

    • URL

      http://hiromitsu-takeuchi.appspot.com

  • [備考] 研究者詳細 - 竹内 宏光(2)

    • URL

      https://research-soran17.osaka-cu.ac.jp/html/100000504_ja.html

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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