-
マヨラナ粒子が媒介するスピン輸送現象の発見 物質内部で磁化変動を伴わない奇妙なスピン励起の伝達
2020/07/28
掲載言語： 日本語
要点-量子スピン液体に対する実時間数値シミュレーションにより、局所磁化の変化を伴わないスピン輸送現象を発見-このスピン輸送がマヨラナ粒子によって媒介されることを解明-マヨラナ粒子を利用したスピントロニクスや量子コンピューティングデバイスへの応用に期待
-
Ferried Across: Figuring Out Unconventional Spin Transport in Quantum Spin Liquids
2020/07/28
掲載言語： 英語
Scientists at Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) and Yokohama National University (YNU) uncover the peculiar mechanism by which spin perturbations travel through a seemingly unpassable reg
学位
-
博士(工学) （ 大阪大学 ）
研究キーワード
-
強相関電子系
研究分野
-
自然科学一般 / 磁性、超伝導、強相関系
学歴
-
大阪大学
- 2000年
-
大阪大学
- 1996年
経歴
-
東京工業大学 准教授
2009年4月 - 現在
所属学協会
-
日本物理学会
-
Physical Society of Japan
論文
-
Itinerant ferromagnetism in an SU(3) Fermi-Hubbard model at finite temperatures: A dynamical mean-field theory study
Juntaro Fujii, Kazuki Yamamoto, Akihisa Koga
Physical Review B 2025年9月
-
Measurement-induced phase transitions for free fermions in a quasiperiodic potential
Toranosuke Matsubara, Kazuki Yamamoto, Akihisa Koga
Physical Review B 2025年8月
-
Quasiperiodically modulated honeycomb lattices and their magnetic properties
Akihisa Koga, Toranosuke Matsubara
Physical Review B 2025年6月
-
Triangular and dice quasicrystals modulated by generic one-dimensional aperiodic sequences
Toranosuke Matsubara, Akihisa Koga, Tomonari Dotera
Physical Review B 2025年3月
-
Critical behavior of the Ising model on square-triangle tilings
Akihisa Koga, Shiro Sakai
Physical Review B 2025年1月
-
Phase diagram of non-Hermitian BCS superfluids in a dissipative asymmetric Hubbard model
Soma Takemori, Kazuki Yamamoto, Akihisa Koga
Physical Review B 2024年11月
-
Hyperuniform properties of square-triangle tilings
Akihisa Koga, Shiro Sakai, Yushu Matsushita, Tsutomu Ishimasa
Physical Review B 2024年9月
-
Aperiodic approximants bridging quasicrystals and modulated structures
Toranosuke Matsubara, Akihisa Koga, Atsushi Takano, Yushu Matsushita, Tomonari Dotera
Nature Communications 2024年7月
-
Hyperuniformity in two-dimensional periodic and quasiperiodic point patterns
Akihisa Koga, Shiro Sakai
Physical Review E 2024年4月
-
Theory of non-Hermitian fermionic superfluidity on a honeycomb lattice: Interplay between exceptional manifolds and Van Hove singularity
Soma Takemori, Kazuki Yamamoto, Akihisa Koga
Physical Review B 2024年2月
共同研究・競争的資金等の研究課題
-
数値シミュレーションによる新しい超均質非周期物質相の探索
研究課題/領域番号：25H01398 2025年4月 - 2028年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)
酒井 志朗, 古賀 昌久
配分額：14820000円 （ 直接経費：11400000円 、 間接経費：3420000円 ）
-
不規則ハイパーユニフォーム構造の分類に向けた機械学習
研究課題/領域番号：25H01521 2025年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
古賀 昌久
配分額：2600000円 （ 直接経費：2000000円 、 間接経費：600000円 ）
-
マヨラナ粒子を活用したスピン流の制御機構の探求
研究課題/領域番号：22K03525 2022年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
古賀 昌久
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
本研究は、キタエフ模型におけるマヨラナ粒子に着目し、それを活用したスピン流制御を理論的に解明・探索することを目的としている。電荷の自由度が凍結した量子スピン系において、量子スピン液体が注目を集めている。この量子スピン液体はキタエフ模型において実現し、そこではスピンの分数化によりマヨラナ粒子とフラックスが生じることが知られている。この系においては、マヨラナ粒子を媒介としたスピン振動を伴わないスピン輸送現象が起こる。この現象はマヨラナ粒子の非可換性を必要としないため、量子計算素子などへの応用が期待される。本研究では、キタエフ模型のマヨラナ粒子のスピン流を量子計算機上で実行することを目的とし、量子計算アルゴリズムを開発した。
-
キタエフ模型に基づく新奇デバイスの理論的提案
研究課題/領域番号：21H01025 2021年4月 - 2024年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
土浦 宏紀, 古賀 昌久
配分額：15210000円 （ 直接経費：11700000円 、 間接経費：3510000円 ）
キタエフ模型には量子スピン型と1次元p波超伝導型の2種類が知られており，どちらもマヨラナ準粒子を伴う．本申請課題においては，これら二つのキタエフ模型を基にした，braidingを伴わない量子計算素子や，マヨラナ準粒子によるスピンまたは量子位相伝播を利用した論理ゲート等の理論的提案を行い，その特性やノイズ耐性の評価および，第一原理計算を援用した材料探索までを包含した，キタエフ模型の実用化に関する新たなアプローチを展開する．
まず1次元p波キタエフ模型に関しては，この模型を平行に配置したワイヤー対を一つのユニットとみなし，さらにこのユニット間のジョセフソン接合素子を調べた．このとき，ユニット間の結合強度およびワイヤー対間の位相差を制御することにより，トポロジカルジョセフソン特性に始まり通常の0接合と呼ばれる特性，さらにはπ接合と呼ばれる特性が得られることが判明した．このようなジョセフソン効果の位相-電流特性を外的に制御できる系は，超伝導量子計算メモリ等への応用が期待される．
続いて，量子スピン型キタエフ模型に関しては，遍歴マヨラナ粒子による磁気励起伝播の応用可能性について調べた．磁気励起を伝播するデバイスにおいては，その流れのON/OFF制御が重要である．一方で，キタエフ模型における磁気励起を運ぶのは電気的に中世の遍歴マヨラナ粒子であり，外的な擾乱を受けにくい一方で制御が困難である．しかし，キタエフ模型に外部磁場を印加してマヨラナ粒子にエネルギーギャップを与えることにより，磁気励起伝播のON/OFFが可能であることを見出した． -
ハイパーマテリアルの物性とhidden orderの探索
研究課題/領域番号：19H05821 2019年6月 - 2024年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
出口 和彦, 中村 真, 枝川 圭一, 橋爪 洋一郎, 杉本 貴則, 古賀 昌久, 高際 良樹
配分額：156780000円 （ 直接経費：120600000円 、 間接経費：36180000円 ）
1. 格子物性：異常高温比熱（余剰エントロピー）測定による補空間自由度の観測
Al-Pd-Mn準結晶、Al-Pd-Mn-Si系2/1及び1/1近似結晶、Al-Pd-Fe系1/0近似結晶、Al-Pd-Ru系1/0近似結晶の高温比熱を測定した結果、準結晶は高温域でDulong-Petitの値から大きくはずれ、2/1、1/1、1/0近似結晶の順でDulong-Petitの値からのずれは小さくなるという結果が得られた。これらの結果は準結晶の高温域における比熱上昇が補空間の自由度に結び付いたフェイゾン弾性に関連して生じている可能性を強く示唆するものである。
2. 強相関磁性：磁気秩序の補空間マッピング、実空間における有効模型による理論的アプローチ
準周期系特有の磁気秩序について、Penroseタイル以外にAmmann-BeemkerタイルとSocolarタイルを調べ、弱結合領域における準周期系特有の束縛状態の影響を補空間マッピングにより可視化した。Tsai型近似結晶において実験的に観測されている多彩な磁気秩序の発現機構を理解するために、RKKY相互作用を考慮した古典磁気模型の理論解析を行い、実験結果を定性的に説明することに成功した。
3. 量子臨界現象と磁性：準結晶の高次元性・フラクタル構造と物性、補空間と物性を結び付ける端緒
量子臨界現象を示すAu-Al-Yb準結晶・近似結晶のAuとAlについて同形置換したYb系準結晶・近似結晶の磁性とYbの価数について系統的に調べた結果、Yb以外の元素置換によりYbの磁性が大きく変化することが明らかになり、Tsai型クラスター構造をもつYb系準結晶・近似結晶の磁性を共通の高次元結晶の格子定数を用いて整理することに成功した。結晶学的分類では全く異なるカテゴリーに分類される物質群が示す物性を両者に共通の高次元結晶を用いて説明する根拠が得られたと考えている。