「レーザー冷却原子を用いた量子技術の最近の研究」
中川 賢一 氏

Oct 12, 2018

日本物理学会北海道支部講演会・応用物理学部門学術講演会

講演題目：　レーザー冷却原子を用いた量子技術の最近の研究
講　師　：　中川 賢一 氏
　　　　　電気通信大学レーザー新世代研究センター 教授
日　時　：　平成30年10月12日 (金) 16:00~18:00
場　所　：　北海道大学工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)
共　催　：　第252回エンレイソウの会
要　旨　：
量子技術とは、量子力学の性質を用いて従来の古典技術の限界を超える技術を 実現しようというもので、これには量子コンピューティング、量子暗号などが挙 げられます。近年、レーザー冷却によって得られる極低温原子を用いて、このよ うな量子技術を実現しようと多くの研究が行われております。そこで本講演では、 原子干渉計による量子慣性センサーと、量子シミュレーションを取り上げてその 原理と最近の研究を紹介いたします。 　原子干渉計は、光の代わりに原子を用いた干渉計で、原子に働く様々な力を高 精度に測定することができます。特に、原子に働く慣性力を測定することにより、 重力加速度や回転を従来の光学干渉計より高い精度および感度で測定することが 可能になります。この原子干渉計を用いた量子慣性センサーの原理と実際の実験 結果を紹介した後、最近の研究動向を紹介します。 　次に、近年、注目されている量子シミュレーションについて紹介します。磁性 体や超伝導体などの量子多体系の性質を計算機シミュレーションで調べようとす ると、粒子数の増加に対して指数関数的に計算量が増加するため、量子シミュレー ションではこれに代わって、冷却原子などからなる人工的な制御性の良い量子多 体系でこの系を模倣してその物理的振る舞いを調べようというものです。我々の グループでは、最近、レーザー冷却原子を用いて強く相互作用する量子スピン系 のシミュレーションを実現しましたので、その実験結果と今後の研究動向を紹介 します。

世話人　 長谷川 祐司
(yhasegawa@eng.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門

「Interaction of dissipative solitons: recent developments」
Helmut R. Brand 氏

Sep 13, 2018

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Interaction of dissipative solitons: recent developments
講　師　：　Helmut R. Brand 氏
　　　　　Department of Physics, University of Bayreuth,Germany
日　時　：　平成30年9月13日 (木) 16:00~17:00
場　所　：　北海道大学理学部2号館2-211
共　催　：　第251回エンレイソウの会
要　旨　：
We discuss recent selected developments of the interaction of deterministic dissipative solitons (DSs) [1-4]. Localized patterns considered include stationary DSs, oscillatory DSs with one and two frequencies, as well as exploding DSs. Starting with quasi-1 D solutions of the cubic-quintic complex Ginzburg-Landau (CGL) equation in their temporally asymptotic state as initial condition, we find as function of the approach velocity and the real part of the cubic interaction of the two counter-propagating envelopes: interpenetration, one compound state made of both envelopes or two compound states. For the latter class not described before both envelopes show DSs superposed at two different locations [1]. As a complement we investigate a large class of initial conditions, which are not temporally asymptotic quasi-1 D DSs [2]. We find that nonunique results for the outcome of collisions are possible: stationary and oscillatory compound states as well as more complex assemblies consisting of quasi-1 D and localized states. We have demonstrated recently [3] that for three types of non-explosive DSs there is a large number of different outcomes as a result of these collisions including stationary as well as oscillatory bound states and compound states with one and two frequencies. The two most remarkable results are: a) the occurrence of bound states and compound states of exploding DSs as outcome of the collisions of stationary and oscillatory pulses; and b) spatio-temporal disorder due to the creation, interaction and annihilation of DSs for colliding oscillatory DSs as initial conditions. These results will be compared with those of collisions of two counter-propagating exploding DSs [4]. Since exploding DSs have been observed experimentally predominantly in nonlinear optics, we conjecture that our predictions for their interactions can be tested in laser systems. [1] O. Descalzi and H.R. Brand, Phys. Rev. E 90, 020901 (2014). [2] O. Descalzi and H.R. Brand, Phil. Trans. Soc. Roy. Soc. A373, 2056 (2015). [3] O. Descalzi and H.R. Brand, Chaos 28, 075508 (2018). [4] O. Descalzi and H.R. Brand, Eur. Phys. J. B 88, 219 (2015).

世話人　 北 孝文
(kita@phys.sci.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院物理学部門

「Quantum spin liquids: beyond the kagome lattice」
Fabrice BERT 氏

Jul 26, 2018

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Quantum spin liquids: beyond the kagome lattice
講　師　：　Fabrice BERT 博士
　　　　　Spectroscopies des Materiaux Quantiques, Laboratoire　de Physique des Solides,　Orsay, France
日　時　：　平成30年7月26日 (木) 16:30~
場　所　：　北海道大学理学部5号館2階 5-205
共　催　：　第248回エンレイソウの会、物理コロキウム
要　旨　：
Beyond the now archetypal spin liquid material herbertsmithite, we have explored different frustrated structures which open new tracks to tackle the still difficult problem of the Heisenberg antiferromagnetic model on the kagome lattice and/or avoid the also difficult problem of defects. In [NH4]2[C7H14N][V7O6F18], the V4+ ions (d1), with less Jahn-Teller effect compared to Cu2+ (3d9), form a unique S = 1/2 breathing kagome lattice which consists of alternating equilateral triangles, preserving the full frustration of the isotropic model and the spin liquid ground state[1,2]. Combining NMR measurement of the local susceptibility and state-of-the-art series expansion analysis, we could evaluate the ratio J’/J=0.55 for the interactions of the two sets of triangles. In line with recent theoretical results from variational methods and DMRG[3], we found that the spinon excitations are gapless and lead to a metallic-like low T heat capacity in this strong insulator. This experimental study should trigger novel theory approaches of the kagome problem through a J’-> J limit. PbCuTe2O6 emerged recently as a unique example of a Cu2+ (S=1/2) based quantum spin liquid (QSL) with a three dimensional lattice and dominant interactions building up a 3D network of corner sharing triangles, coined “hyperkagome”. We used sub-kelvin magnetization, NMR and muSR to establish the absence of magnetic freezing down to 20mK and the persistence of slow fluctuations [4]. The finite susceptibility at low T suggests a QSL state with a spinon Fermi Surface. A recent inelastic neutron scattering experiment revealed the fractional nature of the magnetic excitations forming a continuum of spinons, thus providing the last important evidence for the spin liquid nature of the ground state [5]. References [1] L. Clark, J.-C. Orain, F. Bert, M.A. De Vries, F.H. Aidoudi, R.E. Morris, P. Lightfoot, J.S. Lord, M.T.F. Telling, P. Bonville, J.P. Attfield, P. Mendels and A. Harrison, Phys. Rev. Lett. 110, 207208 (2013) [2] J.-C. Orain, B. Bernu, P. Mendels, L. Clark, F. H. Aidoudi, P. Lightfoot, R. E. Morris and F. Bert, Phys. Rev. Lett. 118, 237203 (2017) [3] C. Repellin, Y-C He, F. Pollmann, Phys. Rev. B 96, 205124 (2017); Y. Iqbal, D. Poilblanc, R. Thomale, F. Becca, Phys. Rev. B 97, 115127 (2018) [4] P. Khuntia, F. Bert, P. Mendels, B. Koteswararao, A. V. Mahajan, M. Baenitz, F. C. Chou, C. Baines, A. Amato, and Y. Furukawa, Phys. Rev. Lett. 116, 107203 (2016) [5] S. Chillal et al, preprint arXiv:1712.07942

世話人　 井原 慶彦
(yihara@phys.sci.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院物理学部門

「TaSe_2における電荷密度波の光誘起ダイナミクス」
池田 達彦 氏

Apr 24, 2018

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　TaSe_2における電荷密度波の光誘起ダイナミクス
講　師　：　池田 達彦 博士
　　　　　東京大学物性研究所
日　時　：　平成30年4月24日 (火) 10:00-11:30
場　所　：　北海道大学工学部A棟A1-70室(物理工学系会議室)

要　旨　：
遷移金属ダイカルコゲナイドは、多彩な電荷密度波(CDW)とそれに伴う格子変形を示す層状の物質群として興味を持たれ、1970年代以降調べられて来た [1]。 近年は時間分解測定技術が発展し、非平衡ダイナミクスの格好の舞台として精力的に研究され、電子と格子の協力現象や異なるCDW間の構造相転移が実験的に明らかにされてきている。1T-TaSe_2は遷移金属ダイカルコゲナイドの中で比較的単純な相図を持ち、約470Kより高温では incommensurate なそれより低温では commensurate なCDWを示すことが知られている。また、commensurate相からincommensurate相への光誘起相転移も観測されている [2]。 本セミナーでは、1T-TaSe_2のCDW相を再現する経験的強束縛模型を構築し、これを用いた光誘起ダイナミクスの理論的研究について発表する。この模型は三角格子上の三軌道模型であり、移動積分の値は我々が行った第一原理計算の結果をフィッティングし決定されている。CDWの理論的取り扱いは大きな単位胞を必要とするため、第一原理計算と強束縛模型を併用する手法が有効である。この模型に格子変形自由度を古典的に導入することで、温度相図を再現し、光誘起ダイナミクスの議論を行う。 参考文献 [1] J. A. Wilson et al., Adv. Phys. 24, 117-201 (1974). [2] S. Sun et al., Phys. Rev. B 92, 224303 (2015). 

世話人　 丹田 聡
(tanda@eng.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門

「分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-」
求 幸年 氏

Dec 25, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-
講　師　：　求 幸年 博士
　　　　　東京大学大学院工学系研究科・教授
日　時　：　平成29年12月25日 (月) 18:00-19:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-404 室

要　旨　：
強相関電子系ではしばしば新しい量子状態が発現し、その素励起として興味深い性質をもった準粒子が創発する。例えば、磁場中の2次元強相関電子系に現れる分数量子ホール状態では、電子と磁束量子が結合してできる複合粒子が凝縮した新しい量子状態が発現し、その素励起として、分数電荷をもったフェルミ粒子でもボース粒子でもないエニオンと呼ばれる準粒子が創発する。本講演では、こうした強相関創発現象のひとつとして、量子スピン液体状態におけるスピンの分裂現象について論じる。量子スピン液体とは、磁性絶縁体において、強い量子揺らぎによって発現する新規な量子状態である。そこでは、通常の磁気秩序の代わりにトポロジカルな秩序が生じ、電子のもつスピンの自由度が複数の準粒子に分裂する特異な現象が現れる。こうして創発した準粒子は、強い量子的なエンタングルメントをもつため、分数量子ホール状態におけるエニオンと並んで、量子コンピュータ実現の鍵として大きな注目を集めている。本講演では、キタエフ型の量子スピン液体をとり上あげ、そこに現れるスピンの分裂現象と創発されるマヨラナ粒子がもたらす新規な量子現象について議論する。理論的な側面にとどまらず、近年爆発的に進んでいる実験研究についても触れ、理論と実験の現状を概観する。

世話人　 速水 賢
（hayami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484) （実施済）