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2014 年度 実施状況報告書

数値計算によるゲージ理論の研究とその量子現象への応用

研究課題

研究課題/領域番号 26400246
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

一瀬 郁夫  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20159841)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード量子シミュレーション / 極低温原子系 / 格子ゲージ理論 / 超固体 / 計算機実験
研究実績の概要

本研究課題の目的は、近年多くの注目を集めている量子多体系の1つである極低温原子系に注目し、その多様性、操作可能性を用いて、これまで提案されてきた多くの量子多体系と類似した系の実現とその相構造等の研究を行うことにある。今年度はその中で特に極低温ボソン系を用いて格子ゲージ理論に対応する量子シミュレータを構築し、その相構造、特に系の時間発展を通じて現れるダイナミクスを解明することに成功した。また、磁気双極子を持つ原子系により実現される長距離相互作用により、系がどのように影響を受けるのかを調べることが出来た。
まず、磁気双極子を持つ2成分のボソン原子を正方格子のサイトに配置する方法を考案した。具体的にはその成分ごと異なる向きに双極子を配置することで、長距離密度相互作用を生みだし、結果として興味深い相構造を示すことを見出した。手法は我々が開発した拡張されたMonte-Carlo シミュレーションによる。
次に、光格子上に配置された2成分ボソン系に対して、ランダムな成分間転移を与える効果を考慮することにより、新しい秩序が生成されることを見出した。
最後に、正方格子のリンク上にボソン原子を配置し、その超流動性を用いてボーズ凝縮体の位相を格子ゲージ理論のゲージ場と見なす可能性について調べた。具体的な実験設定およびGross-Pitaevskii 方程式を解析することにより、格子ゲージ理論の動的な振る舞いを調べることが出来た。

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

上記のように、格子ゲージ理論の中で重要な位置づけをもつゲージ・ヒッグスモデルを極低温原子系で構築できることを示し、Gross-Pitaevskii 方程式等を数値的に解くことにより系の動力学をシミュレートすることに成功した。また、物性理論等において興味を持たれている種々の現象、例えばランダムなラビ結合を2成分原子間に導入することにより新たな秩序相の出現を示すなど、今後の発展に大きな期待を持てる結果を得ることが出来た。

今後の研究の推進方策

これまでの成果を受けて、ゲージ・ヒッグスモデルの量子シミュレーションの詳細なる構築と、実際に実験においてどのように実現されるかについて検討し、提案を行う。
また、近年特に注目されているhonycomb 格子上に配置された極低温原子系について、解析的および数値的な手法を用いて研究を進める。この系は量子ホール効果と密接に関連し、位相的絶縁体相、位相的超流動相の出現機構に対して有益な知見を与えると期待される。

次年度使用額が生じた理由

本研究計画においては優れた性能を持つ計算機が重要な役割を果たす。27年度の基金と合わせてより優れた計算機を購入予定である。

次年度使用額の使用計画

上記のように27年度の基金と合わせてより良い計算機を購入することを計画している。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Lattice gauge theory for condensed matter physics: ferromagnetic superconductivity as its example2014

    • 著者名/発表者名
      I.Ichinose, T.Matsui
    • 雑誌名

      Modern Physics Letters B

      巻: 22 ページ: 1, 33

    • DOI

      10.1142/S0217984914300129

  • [雑誌論文] Superfluidity and solid order in a two-component Bose gas with dipolar intercations in an optical lattice2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Kuno, K.Suzuki, I.Ichinose
    • 雑誌名

      Phys.Rev.A

      巻: 90 ページ: 063620,063620

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.90.063620

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Random-field-induced order in a bosonic t-J model2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Kuno, T.Mori, I.Ichinose
    • 雑誌名

      New J. Physics

      巻: 16 ページ: 083030,083030

    • DOI

      10.1088/1367-2630/16/8/083030

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Superfluid, Supersolid, and Checkerboard Solid in Two-Component Bosons in an Optical Lattice: Study by Means of Gross-Pitaevskii Theory and Monte-Carlo Simulations2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Kuno, K.Suzuki, I.Ichinose
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn.

      巻: 83 ページ: 074501,074501

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.074501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 光格子上dipole相互作用する2成分Bose系の相構造2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木啓太、久野義人、一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 冷却原子を用いた格子ゲージ理論の量子シミュレーション:U(1)gauge-Higgs model における閉じ込め相、Higgs相のダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      久野義人、笠松健一、高橋義朗、一瀬郁夫、松居哲生
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 形状の異なる2つのポテンシャルにトラップされた極低温原子系のGinzburg-Landau理論による研究2014

    • 著者名/発表者名
      稲生隼人、水野守、一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 光格子上の2成分Bose系におけるランダムラビ振動による新しい秩序I:系のグローバルな相構造とNeel wall励起2014

    • 著者名/発表者名
      森崇将、久野義人、一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 光格子上の2成分Bose系におけるランダムラビ振動による新しい秩序II:レプリカ平均場理論とvortex confinement2014

    • 著者名/発表者名
      久野義人、森崇将、一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 冷却原子を用いた量子シミュレーション:U(1)gauge-Higgs model のGross-Pitaevslii方程式による研究2014

    • 著者名/発表者名
      久野義人、笠松健一、一瀬郁夫、松居哲生
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [備考] 一瀬郁夫研究室

    • URL

      http://t-phys.web.nitech.ac.jp/

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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