2025/08/23 更新

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ハナイ　リョウ
花井　亮
HANAI RYO
所属
理学院 准教授
職名
准教授
外部リンク

学位

  • 博士（理学） （ 慶應義塾大学大学院 ）

研究キーワード

  • Active matter

  • Condensed matter physics

  • Open quantum systems

研究分野

  • 自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理

  • 自然科学一般 / 磁性、超伝導、強相関系

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

経歴

  • 東京科学大学   理学院物理学系   准教授

    2024年12月 - 現在

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    国名：日本国

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  • 京都大学   基礎物理学研究所   助教

    2022年10月 - 2024年11月

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    国名：日本国

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  • Asia Pacific Center for Theoretical Physics   Research Professor

    2022年10月 - 2024年4月

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    国名：大韓民国

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  • Asia Pacific Center for Theoretical Physics   Junior Research Group Leader

    2022年3月 - 2023年10月

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  • Pohang University of Science and Technology   Department of Physics   Affiliate Faculty

    2022年3月 - 2022年10月

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    国名：大韓民国

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  • University of Chicago   Pritzker School of Molecular Engineering   Postdoctoral Scholar

    2020年1月 - 2021年4月

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  • University of Chicago   James Franck Institute   Visiting Postdoctoral Scholar

    2017年11月 - 2020年1月

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  • 大阪大学

    2017年4月 - 2020年1月

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  • 慶應義塾大学   理工学部 物理学科

    2016年4月 - 2017年3月

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  • 慶應義塾大学   理工学部 物理学科   学振特別研究員(DC2)

    2015年4月 - 2016年3月

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所属学協会

  • 日本物理学会

    2012年 - 現在

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論文

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MISC

  • Universal scaling in one-dimensional non-reciprocal matter

    Shuoguang Liu, Ryo Hanai, Peter B. Littlewood

    2025年3月

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  • Non-reciprocal interactions drive emergent chiral crystallites

    S. J. Kole, Xichen Chao, Abraham Mauleon-Amieva, Ryo Hanai, C. Patrick Royall, Tanniemola B. Liverpool

    2025年1月

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    We study a new type of 2D active material that exhibits macroscopic phases
    with two emergent broken symmetries: self-propelled achiral particles that form
    dense hexatic clusters, which spontaneously rotate. We experimentally realise
    active colloids that self-organise into both polar and hexatic crystallites,
    exhibiting exotic emergent phenomena. This is accompanied by a field theory of
    coupled order parameters formulated on symmetry principles, including
    non-reciprocity, to capture the non-equilibrium dynamics. We find that the
    presence of two interacting broken symmetry fields leads to the emergence of
    novel chiral phases built from (2D) achiral active colloids (here Quincke
    rollers). These phases are characterised by the presence of both clockwise and
    counterclockwise rotating clusters. We thus show that spontaneous rotation can
    emerge in non-equilibrium systems, even when the building blocks are achiral,
    due to non-reciprocally coupled broken symmetries. This interplay leads to
    self-organized stirring through counter-rotating vortices in confined colloidal
    systems, with cluster size controlled by external electric fields.

    arXiv

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    その他リンク： http://arxiv.org/pdf/2501.15996v1

  • Continuous time crystals as a PT symmetric state and the emergence of critical exceptional points

    Yuma Nakanishi, Ryo Hanai, Tomohiro Sasamoto

    2024年6月

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    Continuous time-translation symmetry is often spontaneously broken in open
    quantum systems, and the condition for their emergence has been actively
    investigated. However, there are only a few cases in which its condition for
    appearance has been fully elucidated. In this Letter, we show that a
    Lindbladian parity-time ($\mathcal{PT}$) symmetry can generically produce
    persistent periodic oscillations in a wide class of systems. This includes
    one-collective spin models, which have been studied thoroughly in the context
    of dissipative continuous time crystals, and spatially extended bipartite
    bosonic systems with conserved particle number. Interestingly, the periodic
    orbits in the PT-symmetric phase are found to be center-type, implying an
    initial state dependence. These results are established by proving that the
    Lindbladian $\mathcal{PT}$ symmetry at the microscopic level implies a
    nonlinear PT symmetry, and by performing a linear stability analysis near the
    transition point. This research will further our understanding of novel
    non-equilibrium phases of matter and phase transitions with spontaneous
    anti-unitary symmetry breaking.

    arXiv

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    その他リンク： http://arxiv.org/pdf/2406.09018v2

  • 非相反相転移の物理 招待

    花井亮

    日本物理学誌   77 ( 10 )   666   2022年10月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI： 10.11316/butsuri.77.10_666

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講演・口頭発表等

  • Non-reciprocal frustration physics

    Ryo Hanai

    Long-term Workshop on Frontiers in Non-equilibrium Physics 2024  2024年7月 

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    開催年月日： 2024年7月

    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（一般）  

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  • 非相反相互作用する開放量子スピン鎖に現れる普遍的性質

    Samuel Begg, 花井 亮

    日本物理学会年次大会  2023年9月 

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    開催年月日： 2023年9月

    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

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  • Non-reciprocal frustration: time-crystalline order by disorder phenomena and glassy dynamics 招待

    Ryo Hanai

    Dynamical Days Asia Pacific 12 (DDAP12), PCS-IBS, Daejeon  2022年11月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • Non-reciprocal frustrations: time-crystalline order by disorder phenomena and glassy dynamics 招待

    Ryo Hanai

    IBS-APCTP Conference on Advances in The Physics of Topological and Correlated Matter  2022年9月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • Non-reciprocal frustration physics 招待

    Ryo Hanai

    Frontiers in nonequilibrium physics: active matter, topology and beyond  2023年7月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • 非相反相転移とフラストレーション物理 招待

    花井 亮

    統計物理学懇談会  2023年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • Dissipation engineering non-reciprocal spin-spin interactions via itinerant electrons

    Ryo Hanai, Rina Tazai, Daiki Ootsuki

    APS March Meeting 2024  2024年3月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（一般）  

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  • Non-reciprocal frustration physics 招待

    Ryo Hanai

    the programme at the Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences in Cambridge, “New Statistical Physics of Living Matter: Non-equilibrium states under adaptive control”  2023年11月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • Active quantum solids: photoinduced non-reciprocal magnetism 招待

    Ryo Hanai

    KITP Conference: The Many Faces of Active Mechanics  2024年10月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • Photoinduced non-reciprocal phase transitions in strongly correlated materials

    Ryo Hanai

    APS March Meeting 2025  2025年3月 

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  • 金属強磁性体における光誘起非相反相転移 招待

    花井亮

    非平衡固体物理学の最前線, 京都  2024年11月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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受賞

  • 第17回（2023年）日本物理学会若手奨励賞

    2022年10月   日本物理学会  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 非平衡・非相反的アセンブリの物理則の基礎理論と解析技術の構築

    研究課題/領域番号：25H01364  2025年4月 - 2030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)

    斉藤 稔

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    配分額：212550000円 （ 直接経費：163500000円 、 間接経費：49050000円 ）

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  • 進化情報アセンブリによる生命機能の創出原理

    研究課題/領域番号：25A401  2025年4月 - 2030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)

    小林 徹也

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  • 進化情報アセンブリによる生命機能の創出原理

    研究課題/領域番号：25H01360  2025年4月 - 2030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)

    小林 徹也, 川口 喬吾, 青木 一洋, 澤井 哲, 戸田 安香, 鈴木 誉保, 瀧ノ上 正浩, 斉藤 稔, 細田 一史, 杉村 薫, 梅津 大輝, 花井 亮

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    配分額：209300000円 （ 直接経費：161000000円 、 間接経費：48300000円 ）

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  • 固体電子系における光誘起非相反相互作用/相転移の物理

    研究課題/領域番号：25K00935  2025年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    花井 亮

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    配分額：18850000円 （ 直接経費：14500000円 、 間接経費：4350000円 ）

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  • 非相反フラストレーションの物理

    研究課題/領域番号：23K19034  2023年8月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    花井 亮

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    配分額：2730000円 （ 直接経費：2100000円 、 間接経費：630000円 ）

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  • Non-reciprocal many-body physics

    2023年6月 - 2024年2月

    National Research Foundation of Korea (NRF)  Individual Basic Research Projects (Leader, General Grant) 

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    担当区分：研究代表者 

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  • 非平衡性と強相関性が共存する電子正孔凝縮体の形成機構と動的臨界現象

    研究課題/領域番号：17J01238  2017年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    花井 亮

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    配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）

    本年度は、非平衡開放多体量子系の研究を行い、流入と流出のある非平衡二成分凝縮体（例：励起子ポラリトン凝縮体、プラズモニック格子凝縮体、二重井戸ポテンシャル中の流入・流出のあるボーズ凝縮体）において、通常の臨界現象とは本質的に異なる、新しい機構による動的臨界現象が現れることを明らかにした。
    <BR>
    通常、臨界現象は、自由エネルギーが臨界点近くで平らになり、振幅モードがソフト化することによって生じる。このとき、振幅モードとゴールドストーンモードは常に直交している。しかし、我々の研究対象である流入と流出のある多体系では、系の集団的運動が非エルミート的となるため、これらが非直交となることが許される。我々は、その結果、振幅モードがゴールドストーンモードと「合流」した点である「臨界例外点」が現れることを明らかにした。臨界例外点では、生じうる集団モードがゴールドストーンモードに限定されているいるため、すべての熱的ノイズ・非平衡ノイズにより生じた揺らぎがゴールドストーンモードへと変換される。これが、空間4次元以下で発散する、異常に大きな揺らぎが発達した、特異な臨界現象をもたらすことを示した。さらに臨界例外点近傍において動的繰り込み群解析を行った結果、空間8次元近傍においてHohenberg and Halperinによる分類にはない、新たなユニバーサリティークラスに属するWilson-Fisher fixed pointが現れることを示し、強相関効果が異常に大きな揺らぎにより異常に発達していることを示すことに成功した。
    以上の成果に加え、Pittsburgh大学のSnokeグループおよびNRELのMascarenhasグループと共同で、ポラリトン凝縮体の量子揺らぎによるHiggsモードの観測に成功した他、冷却原子系において、非平衡性による強相関効果の増大する方法を提案した。

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  • 励起子および励起子ポラリトン系における流入と流出のある凝縮体の非平衡強結合効果

    研究課題/領域番号：15J02513  2015年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    花井 亮

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    配分額：2170000円 （ 直接経費：1900000円 、 間接経費：270000円 ）

    励起子および励起子ポラリトン系は、電子・ホール等が強く相互作用すると同時に、対消滅や光子の共振器からの漏れによる粒子の流出が顕著であるため、非平衡性と強相関性が共存した系となっている。その結果、特に励起子ポラリトン系では、閉じた熱平衡系で実現するボース・アインシュタイン凝縮(BEC)から非平衡開放系の光学現象である半導体レーザー(LASER)へと移り変わる現象が観測されており、強相関凝縮系物理学とレーザー物理学をつなぐ架け橋となりうる系として注目を集めている。
    今年度は、Generalized random phase approximation(GRPA)をKeldysh形式に拡張することにより、非平衡定常状態にある励起子ポラリトン凝縮体の光学特性を解析することのできる枠組みを構築することに成功した。この枠組みを用いてphotoluminescenceを解析することで、ポンプ強度が上がるにつれ、励起子ポラリトン凝縮にブルーシフトが生じると同時に、拡散型ゴールドストーンモードのスペクトル強度が強くなっていくことを示した。これは実験結果を定性的に説明するものである。
    また、この系では長らく、（凝縮体のエネルギーを基準として）負のエネルギーを持つBogoliubov分散がphotoluminescenceに強く現れると予想されてきた。にもかかわらず、実際の実験ではこの「負の分散」が観測されないことが大きな謎とされていた。本研究の枠組みで解析した結果、「負の分散」のスペクトル強度は非平衡性により非常に弱くなることが分かり、外部からの連続的な粒子注入が「負の分散」の出現を大きく抑制することを明らかとした。
    本研究結果は、励起子ポラリトン系の多体効果を議論する際には非平衡性による分布の変化をきちんと考慮に入れる必要があることを示す結果として、重要であると考えている。

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