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2018 年度 実施状況報告書

複雑な秩序変数を持つ量子凝縮体におけるトポロジカル励起

研究課題

研究課題/領域番号 17K05554
研究機関近畿大学

研究代表者

中原 幹夫  近畿大学, 理工学総合研究所, 研究員 (90189019)

研究分担者 高木 丈夫  福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (00206723)
笠松 健一  近畿大学, 理工学部, 准教授 (70413763)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード超流動3He / 渦糸 / ドメイン / アナログ重力
研究実績の概要

中原と笠松は超流動3He-B相の渦芯構造に関して渦の回転軸に平行,および垂直な方向の磁場の影響を調べた.超流動3He-B相では,ノーマルコアをもつo-渦糸,A相が渦芯を占める軸対称v-渦糸,双芯型構造をもつd-渦の3種類の渦が知られている.我々は磁場が平行な場合はd-渦が,垂直な場合はv-渦が安定化することを見出した.また,磁場が垂直な場合は,磁場を強くするにつれて,d-渦からv-渦への構造転移が連続的に起こることを示した.
中原は,曲がった時空における超流体やYang-Mills場の作るアナログ重力効果を研究した(arXiv:1902.11126 ; Phys. Rev. D 投稿中).Yang-Mills場を考えた場合,3+1次元のanti-de Sitter時空から2+1次元のflat Minkowski時空が現れることを示した.
高木は超流動3He-A相における d-ソリトンが必然的にスピン流を伴うこと,これに伴いソリトンの両側のドメインは磁化が発生しなければならない事を示した.しかしながら,実験的には磁化の発生は明確には観測されず保存則が守られていない.このことは,現在未解決の問題である.現実には,Leggett-Takagi機構による磁化の緩和が起こっている可能性を考えている.また,ソリトンの構造には kink-kink型と kink-antikink型が考えられそれにより,対消滅しないものと,対消滅が可能なものが在ると予想される.

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

本研究は,複雑な秩序変数を持つ量子凝縮体におけるトポロジカル励起の解析を目的とする.今年度は,グループ全体が超流動3Heにおけるトポロジカル励起(渦糸およびドメイン)の研究を行い,中原と笠松はPhysical Review Bに論文が掲載された.当初は計画されていなかったが,中原はブラックホールの周りの超流体の解析を行い,興味深い振る舞いを得た.現在この解析をSpinor BECに拡張している.

今後の研究の推進方策

中原と笠松は,昨年度得られた手法を用いて,磁場の方向を渦の回転軸に対して,斜めからかけた場合の渦芯構造の安定性を調べ,双芯型渦やA相軸対称渦以外の渦構造が安定かするか否かを検討する.また境界条件における秩序変数のnベクトル周りの角度windingをもつ場合にどのような構造が現れるかを研究する.また,中原はSpinor BECを用いて実現する人工ブラックホールにおけるホーキング輻射などの現象について研究する.高木は昨年度の研究をさらに続け,結果を論文にまとめる.

次年度使用額が生じた理由

中原は12月のワークショップ「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」にもう一名招聘する予定であったが,実現しなかったために残額が生じた.高木は年度内にワーククショップ以外で近畿大学を訪問する予定であったが,時間の都合がつかず来年度に使用することとなった.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Institute for Basic Science(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Institute for Basic Science
  • [雑誌論文] Effects of a magnetic field on vortex states in superfluid He3?B2019

    • 著者名/発表者名
      Kasamatsu Kenichi、Mizuno Ryota、Ohmi Tetsuo、Nakahara Mikio
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 1~11

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.104513

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulation instability associated nonlinear dynamics of spin?orbit coupled Bose?Einstein condensates2019

    • 著者名/発表者名
      Mithun Thudiyangal、Kasamatsu Kenichi
    • 雑誌名

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      巻: 52 ページ: 1~9

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-6455/aafbdd

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stripes and honeycomb lattice of quantized vortices in rotating two-component Bose-Einstein condensates2018

    • 著者名/発表者名
      Kasamatsu Kenichi、Sakashita Kouhei
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 ページ: 1~6

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevA.97.053622

  • [学会発表] Majorana Representation of Complex Vectors and Some of Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Mikio Nakahara
    • 学会等名
      Taipei International Workshop on Combinatorics and Graph Theory
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] VORTICES IN SUPERFLUID 3HE-B UNDER MAGNETIC FIELD2019

    • 著者名/発表者名
      Mikio Nakahara, Kenichi Kasamatsu, Ryota Mizuno and Tetsuo Ohmi
    • 学会等名
      Finnish Physical Society Meeting (Physics Days 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 有限磁場下における超流動3He-B相の渦芯構造と相図II-横磁場の場合-2019

    • 著者名/発表者名
      笠松健一、大見哲巨、中原幹夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [学会発表] ラビ結合した2成分ボース凝縮体のドメインウォールの不安定化2019

    • 著者名/発表者名
      井原康輔、笠松健一
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [学会発表] 光格子中の一次元Bose気体におけるダークソリトンの準古典ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      尾崎裕介、長尾一馬、段下一平、笠松健一
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [学会発表] Creation of knots in Bose-Einstein condensates by counterdiabatic quantum control2018

    • 著者名/発表者名
      Mikio Nakahara
    • 学会等名
      C3QS: Coherent Control of Complex Quantum Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Information, Quantum Computing and Combinatorics2018

    • 著者名/発表者名
      Mikio Nakahara
    • 学会等名
      Design Theory from the Viewpoint of Algebraic Combinatorics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Counter-Diabatic DrivingによるSpinor BECのトポロジカル励起生成2018

    • 著者名/発表者名
      中原幹夫
    • 学会等名
      第26回渦糸物理国内会議
  • [学会発表] Counter-Diabatic DrivingによるSpinor BECのトポロジカル励起生成2018

    • 著者名/発表者名
      中原幹夫
    • 学会等名
      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
    • 招待講演
  • [学会発表] 非軸対称な芯をもつ量子渦~Rabi結合した2成分BECおよび超流動3He-B~2018

    • 著者名/発表者名
      笠松健一
    • 学会等名
      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
    • 招待講演
  • [学会発表] 超流動3He-A 相でのカイラルドメインとスピン流2018

    • 著者名/発表者名
      高木 丈夫
    • 学会等名
      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
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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