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2014 年度 実績報告書

エンタングルメントを用いた強相関トポロジカル量子相の研究

研究課題

研究課題/領域番号 24540402
研究機関京都大学

研究代表者

戸塚 圭介  京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (80291079)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードトポロジカル相 / スピン液体 / エンタングルメント / 冷却原子気体 / 磁化プラトー / 国際研究者交流(フランス)
研究実績の概要

Lecheminant氏をはじめとするフランスのグループと共同で、一次元冷却アルカリ土類フェルミ原子気体の有効模型である2軌道SU(N)ハバード模型の基底状態を、ボゾン化、強結合展開、数値計算などを用いて詳細に調べ、格子点あたりN個のフェルミオンがある場合の相図を完成させた。また、本課題の前年度までの研究でわかっていた一次元トポロジカルモット絶縁相の領域を正確に決定し、その性質を議論した(Physical Review Bに出版済)。さらに、エンタングルメントを用いてそのトポロジカルな性質を精密に議論し、トポロジカル相の実験での検出への第一歩として、非局所秩序パラメータの有効性を議論した(Physical Review Bに投稿予定)。
次に、強磁場中で実現するスピン液体相を調べるために、Toulouse大のグループと共同でカゴメ格子上の磁場中異方的ハイゼンベルグ模型の基底状態を調べた。異方性の強い極限でこの模型は3つの磁化プラトーを示すが、それらの基底状態の性質は実効的に、磁化の値により拘束条件の異なる量子ダイマー模型で記述される。量子ダイマー模型に対する過去の研究から、磁化0と1/3のプラトーはそれぞれ、スピン液体、スピン結晶(超格子構造を持つ秩序状態)であることが結論されるが、磁化1/6の場合は関係する先行研究が一切ないため、量子モンテカルロ法を用いて数値的に詳細に調べた。この結果、磁化1/6のプラトーはストライプ状の超構造を持つ秩序状態であることがわかった。また、模型に第3近接相互作用を入れて拡張することにより、スピン液体プラトーに到達できる可能性も示唆された(Physical Review Bに投稿予定)。さらに、一次元の対称性に護られたトポロジカル相が強磁場中のプラトーにも現れることを示した(Physical Review Bに出版済)。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Phase diagrams of one-dimensional half-filled two-orbital SU(N) cold fermion systems2015

    • 著者名/発表者名
      V. Bois, M. Moliner, S. Capponi, P. Lecheminant, and K. Totsuka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 075121

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.075121

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Symmetry-protected topological order in magnetization plateau states of quantum spin chains2015

    • 著者名/発表者名
      S. Takayoshi, K. Totsuka, and A. Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 155136

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.155136

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phase diagram and sweep dynamics of a one-dimensional generalized cluster model2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta, S. Tanaka, I. Danshita, and K. Totsuka
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 84 ページ: *

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Realizing Symmetry-Protected Topological Phases with SU(N) Ultra-Cold Fermions2014

    • 著者名/発表者名
      K. Totsuka
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-11-14 – 2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 一次元SU(N)冷却原子系におけるSPT相の性質と秩序変数2014

    • 著者名/発表者名
      戸塚圭介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会シンポジウム
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Symmetry-protected topological Mott phases of ultra-cold fermions in one dimension2014

    • 著者名/発表者名
      K. Totsuka
    • 学会等名
      workshop TCQS2014
    • 発表場所
      Max-Planck Institute for Physics of Complex Systems
    • 年月日
      2014-08-02 – 2014-08-02
  • [学会発表] Symmetry-protected topological Mott phases of ultra-cold fermions in one dimension2014

    • 著者名/発表者名
      K. Totsuka
    • 学会等名
      国際研究会「New Horizon of Strongly-Correlated Physics」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所
    • 年月日
      2014-07-02 – 2014-07-02

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公開日: 2016-06-01  

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