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2018 年度 実施状況報告書

スピン軌道相互作用を持つボース・アインシュタイン凝縮体における渦ソリトン

研究課題

研究課題/領域番号 18K03462
研究機関九州大学

研究代表者

坂口 英継  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90192591)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードスピン軌道相互作用 / 渦ソリトン / 負の質量
研究実績の概要

Gross-Pitaevskii方程式に現れるソリトンや渦ソリトンの研究がこの研究課題のテーマである。特にスピン軌道相互作用のある系での渦ソリトンに興味を持って研究している。
今年度はスピン軌道相互作用項はあるが分散項をもたない場合を研究した。この系は線形系ではグラフェン中の電子を記述するWeyl方程式と同等な方程式系になる。Weyl方程式のエネルギー分散関係はディラックコーンと呼ばれる交差する線形関係になる。ここに外部磁場によるZeeman項をさらに導入すると、エネルギーギャップが生じる。
非線形項を導入するとこのエネルギーギャップの領域にソリトンや渦ソリトンが存在するようになる。エネルギーギャップにあるソリトンという意味でギャップソリトンとがギャップ渦ソリトンなどと呼ばれる局在状態の1つと考えられる。
1次元系ではそのギャップソリトン解の厳密解が得られた。ギャップソリトン解が安定に存在するパラメータ領域を調べた。2次元ギャップソリトンの厳密解は得られていないが、数値的にはかなり広いパラメータ領域でギャップ渦ソリトンが安定に存在する事を示した。
その他に正と負の有効質量をもつ2つのソリトンが相互作用する系の数値計算を行った。質量の符号が異なる場合にはソリトンの追いかけ運動が生じる。特別な場合にはソリトン間の間隔が時間変化せず、外力がはたらかない系なのに内力だけで等加速度運動する様子が観測された。

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

研究計画書に挙げようにワークステーションを購入し、研究テーマのひとつである非線形ワイル方程式のソリトン解の性質を解明することができた。また、正と負の質量をもつソリトンの等加速度運動という興味深い現象を見つけることができた。

今後の研究の推進方策

今年度はスピン軌道相互作用と非局所的非線形相互作用を持つ系の研究を行う予定である。ダイポール-ダイポール相互作用を持つボース・アインシュタイン系では相互作用がべき的に減衰する。また、リュードベリ原子系でもダイポール相互作用系とは異なるべき指数で相互作用が非局所的に減衰する。このような非局所相互作用を持つ系のソリトン解や渦ソリトン解を調べる予定である。
また、非線形相互作用の強さが時間的に変動する場合の渦ソリトンの安定性をパラメータをさまざま変えて研究する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Self-Organized Criticality of Domain Walls and Magnetization Curve2019

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Sakaguchi and Yue Zhao
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 ページ: 024006

    • DOI

      10.7566/JPSJ.88.024006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction of solitons with positive and negative masses: Shuttle motion and coacceleration2019

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Skaguchi and Boris A. Malomed
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 ページ: 022216

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.99.022216

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stationary and oscillatory bound states of dissipative solitons created by third-order dispersion2018

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Sakaguchi, Dmitry V. Skryabin, Boris A. Malomed
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 43 ページ: 2688-2691

    • DOI

      10.1364/OL.43.002688

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] One- and Two-dimensinal Solitary Wave States in the Nonlinear Kramers Equation with Movement Direction asa Variable2018

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Sakaguchi, Kazuya Ishibashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 ページ: 064001

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.064001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mode selection on breakup of a droplet falling into a miscible solution2018

    • 著者名/発表者名
      Michiko Shimokawa and Hidetsugu Sakaguchi
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 4 ページ: 013603

    • DOI

      10.1103/PhysRevFluids.4.013603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New models for multi-dimensional stable vortex solitons2018

    • 著者名/発表者名
      Hidetsugu Sakaguchi
    • 雑誌名

      Frontiers of Physics

      巻: 14 ページ: 12301

    • DOI

      10.1007/s11467-018-0857-0

    • 査読あり
  • [学会発表] 正と負の質量をもつ2つのソリトンの運動2019

    • 著者名/発表者名
      坂口英継
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] スピン軌道相互作用をもつボース・アインシュタイン凝縮体におけるギャップソリトン2018

    • 著者名/発表者名
      坂口英継 B.A. Malomed
    • 学会等名
      日本物理学会2018秋季大会

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公開日: 2019-12-27  

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