多成分冷却原子気体の多体効果とフラストレート磁性超流動体の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26287088
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 上田 正仁 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70271070)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 冷却原子気体 / ボース・アインシュタイン凝縮 / 超流動ーモット絶縁体転移 / スピノールボース気体 / ゼノ効果 / 異常ホール効果 / 超流動揺らぎ

研究実績の概要

強く相互作用する強磁性的スピノールボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)が光格子に閉じ込めた場合に超流動―モット絶縁体転移がスカラー型とは異なった豊かな相図を示すことを絶対零度および有限温度で明らかにした。また、ETHの実験グループが観測した量子ポイントコンタクトにおける異常輸送を理論的に解明した。ポイントコンタクトの両側に存在する粒子浴が示す超流動揺らぎが点移転付近で増大することで粒子流が増大し、量子化プラトーがぼやけ、スピン流が減少することをすべて説明することに成功した。さらに、2次元光格子に閉じ込められた原子が量子ゼノ効果によって異常量子ホール効果を示すことを指摘した。これは、散逸下の原子系がエネルギーの低いフラットバンドに閉じ込められた結果、そこを運動する原子が非自明なベリー位相を獲得することから生じる物理効果である。特に、原子が境界に衝突すると、原子がやってきた方向と同じ方向へ反射する retroreflection が生じることを見出した。retroreflectionは超伝導におけるアンドレ―フ効果が知られているが、ノーマル原子で同様の効果が起こることはこれまで知られていなかった。この効果は、冷却原子系において原子を制御する新たな方法を提示している。1次元のスピノールボース気体においては、外部磁場を突然変化させてポーラ―相から強磁性相へとクエンチしたときの粗視化のダイナミックスの研究を行った。これも最近冷却原子気体の分野で注目を集めている問題である。ここでは特に、スピン相関長のダイナミカルなスケーリング則が従来知られているどのクラスにも属さない新しいクラスであることを指摘した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Out-of-time-order fluctuation-dissipation theorem (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tsuji, Tomohiro Shitara, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 97, 012101 巻: E97 ページ: １～９
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.97.012101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite-error metrological bounds on multiparameter Hamiltonian estimation (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Kura and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 97, 012101 巻: A97 ページ: １～９
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.97.012101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrete Time-Crystalline Order in Cavity and Circuit QED Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Zongping Gong, Ryusuke Hamazaki, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 120, 040404 巻: 120 ページ: １～６
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.040404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entanglement prethermalization in the Tomonaga-Luttinger mode (2018)
  • 著者名/発表者名: Eriko Kaminishi, Takashi Mori, Tatsuhiko N. Ikeda, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 97, 013622 巻: A97 ページ: １～６
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.97.013622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unconventional Universality Class of One-Dimensional Isolated Coarsening Dynamics in a Spinor Bose Gas (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Fujimoto, Ryusuke Hamazaki, Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 120, 073002 巻: 120 ページ: １～６
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.073002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atypicality of Most Few-Body Observables (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Hamazaki and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett.120, 080603 巻: 120 ページ: 1～６
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.080603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Szilard Engine with Attractively Interacting Bosons (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Bengtsson, M. Nilsson Tengstrand, A. Wacker, P. Samuelsson, M. Ueda, H. Linke, and S. M. Reimann
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 120, 100601 巻: 120 ページ: １～５
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.100601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Information-to-work conversion by Maxwell’s demon in a superconducting circuit quantum electrodynamical system (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Masuyama, K. Funo, Y. Murashita, A. Noguchi, S. Kono, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, M. Ueda, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Nat. Commun. 9, 1291 巻: 9 ページ: １～６
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03686-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of topological constraints and topological excitations: Decomposition formulas for calculating homotopy groups of symmetry-broken phases (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho Higashikawa and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 95, 134520 巻: B95 ページ: １～１９
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.134520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zeno Hall Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Zongping Gong, Sho Higashikawa, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 118, 200401 巻: 118 ページ: １～６
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.200401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parity-time-symmetric quantum critical phenomena (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuto Ashida, Shunsuke Furukawa, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Nat. Commun. 8, 15791 巻: 8 ページ: １～６
  • DOI: 10.1038/ncomms15791
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strongly spinor ferromagnetic Bose gases (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohaku H. Z. So and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 96, 023628 巻: A96 ページ: １～８
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.96.023628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluctuation theorems in feedback-controlled open quantum systems: Quantum coherence and absolute irreversibility (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuto Murashita, Zongping Gong, Yuto Ashida, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 96, 043840 巻: A96 ページ: １～１４
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.96.043840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Information Retrieval and Criticality in Parity-Time-Symmetric Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kawabata, Yuto Ashida, and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 119, 190401 巻: 119 ページ: １～６
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.190401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Hall phase diagram of two-component Bose gases: Intercomponent entanglement and pseudopotentials (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Furukawa and Masahito Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 96, 053626 巻: A96 ページ: １～１２
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.96.053626
  • 査読あり
• [学会発表] Zeno Hall Effect (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Dynamics in Artificial Quantum Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum many-body dynamics under continuous observation (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: MPQ Colloquium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atypicality of most few-body observables (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Quantum Many-Body Systems Far from Equilibrium: Quench Dynamics, Thermalisation, and Many-Body Localisation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum Zeno Hall Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: International Workshop on Topological Structures in Quantum Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum many-body dynamics and critical phenomena under continuous observation (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Information Engines at the Frontiers of Nanoscale Thermodynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of continuously monitored quantum many-body systems (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Quantum Optix IX Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum many-body dynamics under continuous observation (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Quantum Thermodynamics: Thermalization and Fluctuations
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zeno Hall Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: ENS-UT Workshop on Physics 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zeno Hall Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: トポロジカルサイエンス国際研究会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zeno Hall Effect and Spin Hall Effect with Space Inversion Symmetry (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 正仁
  • 学会等名: Workshop on Long-Range Interaction in Atomic Systems: magnetic Dipoles, Rydberg Atoms and Ions
  • 国際学会 / 招待講演