2022年セミナー記録

セミナー

1

Kitaevスピン液体実現可能性の汎関数繰り込み群による研究

福井毅勇（東京大学大学院工学系研究科）

12月5日(月) 13:30-

概要

ハニカム格子上に定義された Kitaev 模型 [1] は、量子スピン液体状態が基底状態として厳密に求まることや、その分数励起のトポロジカル量子計算への応用可能性などから、理論と実験の双方から精力的な研究がなされてきた。その候補物質としては、Na2IrO3 や α-Li2IrO3、α-RuCl3 などが代表的であるが、これらの候補物質では、Heisenberg 項などの非 Kitaev 相互作用が不可避的に現れてしまう。固体材料以外の Kitaev 模型の実現の舞台として代表的なものの一つに冷却極性分子系があり、特に、2013 年にマイクロ波を用いた、Kitaev 型相互作用を含む多彩なスピン模型の実装法が提案された [2]。しかしながら、これらの実装には分子間の双極子相互作用に由来する(準)長距離相互作用が現れ、この実装法のもとで Kitaev スピン液体が真に実現するかは検証されてこなかった。我々は、長距離相互作用も取り扱うことができる量子スピン系の計算手法である PFFRG 法 [3] を用いて、提案された模型の基底状態を調べた。結果として、異方性に依らずに、基底状態は磁気秩序状態となってしまうこと、また、等方的な結合の場合に最もスピン液体実現に近いことを解明した。また、相互作用の到達範囲を変化させた計算により、Kitaev 量子スピン液体がこのような長距離相互作用に対して脆いことも明らかにした [4]。セミナー当日は、結果の詳細と我々が用いた PFFRG 法の概要、時間があれば同様の手法を用いてスピン S の候補物質でのスピン液体実現可能性を議論した結果 [5] や最近の進展を紹介する。

セミナー

2

行列積くりこみ群：万能量子多体系ソルバーへの道

山田昌彦（学習院大学さきがけ専任研究員）

11月4日(金) 15:30-

概要

密度行列くりこみ群(DMRG)が今まで一次元量子多体系に対するテンソルネットワークアルゴリズムとして開発されてきたが、今回我々は新たな連続テンソルネットワークアルゴリズムとして行列積くりこみ群(MPRG)を提案する。MPRGはDMRGより万能量子多体系ソルバーであるという点で優れており、絶対零度だけでなく有限温度にも対応し、高次元に拡張でき、開放量子系にも適用できるという著しい利点がある。特に、我々は典型的な開放量子系として非エルミート量子系を考え、DMRGにおいて変分原理が破綻する場合についても適用可能であることを証明する。デモンストレーションとして、一次元のYang-Leeエッジ特異性に対するベンチマーク結果について発表する。

セミナー

3

Optical spin conductivity in ultracold atomic gases

関野裕太（理化学研究所開拓研究本部/数理創造プログラム）

9月26日(月) 13:30-

概要

In solid-state physics, measurement of optical conductivity, which is conductivity of an alternating electric current obtained in an optical way, plays crucial roles to understand various exotic electron systems such as high-Tc superconductors, non-Fermi liquids, and Dirac electrons[1,2,3]. Similarly, conductivity of an alternating spin current (optical spin conductivity) is expected to be a useful probe to investigate various quantum many-body systems from spin degrees of freedom.

セミナー

4

マルチバンド超伝導体の集団励起による非線形テラヘルツ応答の理論

室谷悠太（東京大学物性研究所）

7月22日(金) 15:10-16:40

概要

超伝導秩序は複素数の秩序変数によって表される。秩序変数の揺らぎは微視的にはクーパー対の集団運動に相当し、特に振幅の固有振動はヒッグス粒子とのアナロジーからヒッグスモードと呼ばれている。ヒッグスモードのエネルギーは典型的にmeVオーダーであり、また光と非線形に相互作用するため、テラヘルツ周波数帯で第三高調波発生などの非線形光学応答を示すことが実験・理論の両面から明らかになった[1]。一方、複数のバンドが超伝導に寄与するマルチバンド超伝導体では、各バンドが持つ秩序変数の相対位相が新たな自由度となり、その固有振動としてレゲットモードが生じる。レゲットモードの存在はラマン分光によって確かめられているものの、テラヘルツ帯の非線形光学応答にどのように現れるかは分かっていなかった。この問題において興味が持たれるのは、試料に不可避的に存在する不純物の役割である。直感に反し、不純物散乱はヒッグスモードによる光学応答を著しく増強することが理論的に示された。そのような増強効果が振幅自由度だけでなく位相自由度にも作用するかどうかは興味深い問題である。

セミナー

5

テンソルネットワークの実空間繰り込みによる縮約とその高効率化

大久保毅（東京大学大学院理学系研究科）

5月19日(木) 15:10-

概要

近年、様々な物理現象を小さいテンソルのつながり、テンソルネットワークで表現して解析するテンソルネットワーク法が、発展してきている。行列積状態やテンソル積状態に代表されるテンソルネットワークで表現される試行関数を基にした、量子多体問題に対する変分法のアプローチでは、符号問題のために量子モンテカルロ法の適用が困難な場合でも、高精度な解析が可能になる。また、古典統計力学模型や量子多体系の分配関数をテンソルネットワークで表現することで、実空間繰り込みに基づく効率的な近似を可能とし、非常に大きな系の解析を行うこともできる。

セミナー

6

磁気的パリティの破れがもたらす物性応答

渡邉光（理化学研究所創発物性科学研究センター）

1月11日(火) 13:30-

概要

いくつかの磁性体においては結晶の副格子自由度を生かすことにより、磁性転移に伴うパリティ対称性（空間反転対称性）の自発的破れがみられる。このとき、時間反転対称性も併せて破れるため、これは「磁気的なパリティの破れ」として従来的な結晶構造に由来するタイプのパリティの破れと区別される。磁気的なパリティの破れは、例えば真空中ではみられない電気・磁気結合をもたらすため、二次高調波発生や光学二色性などの光学応答、複数の秩序が強調して現れるマルチフェロイック系を題材に多くの研究がなされてきた[1]。

大阪大学基礎工学研究科物質創成専攻物性物理工学領域

藤本・水島研究室

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行列積くりこみ群：万能量子多体系ソルバーへの道

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Optical spin conductivity in ultracold atomic gases

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マルチバンド超伝導体の集団励起による非線形テラヘルツ応答の理論

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テンソルネットワークの実空間繰り込みによる縮約とその高効率化

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磁気的パリティの破れがもたらす物性応答

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テンソルネットワークの実空間繰り込みによる縮約とその高効率化

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