新着情報

2022.5.8
研究成果を更新しました。
2022.3.15
研究成果を更新しました。
2022.2.23
研究成果を更新しました。
2021.11.1
研究成果を更新しました。
2021.10.6
研究成果を更新しました。
2021.10.1
研究分担者の那須譲治さんが東北大学大学院理学研究科物理学専攻に異動されました。
2021.8.24
研究成果を更新しました。
2021.8.3-5
研究会を開催しました。多くのご参加ありがとうございました。
2021.7.9
研究成果を更新しました。
2021.7.1
ホームページを整備しました。
2021.4.1
福井毅勇さんが特任研究員としてメンバーに加わりました。
2020.4.1
プロジェクトがスタートしました。

プロジェクトの概要

本プロジェクトでは、強相関電子系に現れる奇妙な量子状態のひとつである「量子スピン液体」において、スピン自由度の分数化(fractionalization)によって生じるマヨラナ粒子やエニオンを、自在に創出・制御・観測する手法を理論的に生み出すことを目指しています。これにより、トポロジカル量子計算の基礎理論を確立することが目標です。磁性研究の枠に捉われない広い視点から、量子計算の実現へ向けた理論構築と実験提案を行なっていきます。

研究内容

本プロジェクトでは、キタエフ型量子スピン液体において分数励起として現れるマヨラナ粒子を、現実の磁性体中に安定に創出し、制御し、観測する手法を理論的に構築することを目指しています。具体的には、以下の点を明らかにすることを目標とします。

トポロジカル量子計算には、空間的に局所的で時間発展を伴うオペレーションが必要となります。したがって、上記の点を明らかにするためには、マクロな測定や平衡状態の性質だけではなく、空間的な局所性や実時間ダイナミクスを解明することが不可欠となります。そこで本プロジェクトでは、格子欠陥や端に代表される空間的な制約や、局所的な格子変形や局所磁場などの空間的に限定された擾乱、様々な磁性体や金属、超伝導体との界面・接合を通じた近接効果やスピン流注入、光や交流磁場や超音波によるフォノン励起といった空間的・時間的入力に対する応答を解明します。そのために、プロジェクトメンバーが有する数値計算手法を相補的に駆使して研究を遂行していきます。

メンバー

研究代表者:求 幸年(東京大学大学院工学系研究科・教授)

研究分担者:大久保 毅(東京大学大学院理学系研究科・特任准教授)

      加藤 康之(東京大学大学院工学系研究科・助教)

      那須 譲治(東北大学大学院理学研究科・准教授)

特任研究員:福井 毅勇(東京大学大学院工学系研究科・特任研究員)

連携研究者:三澤 貴宏(北京量子信息科学研究院・Associate Researcher)

イベント

研究会「キタエフ量子スピン液体研究の新展開~マヨラナ励起の創出と制御によるトポロジカル量子計算の実現に向けて~

 日時:2021年8月3日(火)、4日(水)、5日(木)の13:00-17:30(最終日のみ17:00まで)

 場所:オンライン開催

 詳細はこちら

研究成果

プレプリント
  • K. Fukui, Y. Kato, J. Nasu, and Y. Motome, preprint (arXiv:2204.06144), "Feasibility of Kitaev quantum spin liquids in ultracold polar molecules"
  • K. Inui and Y. Motome, preprint (arXiv:2203.07157), "Inverse Hamiltonian design by automatic differentiation"
出版論文
  • K. Nakazawa, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. B 105, 165152 (2022), "Asymmetric modulation of Majorana excitation spectra and nonreciprocal thermal transport in the Kitaev spin liquid under a staggered magnetic field"
  • K. Inui, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. Research 3, 043126 (2021), "Determinant-free fermionic wave function using feed-forward neural networks"
  • S.-H. Jang and Y. Motome, Phys. Rev. Materials 5, 104409 (2021), "Electronic and magnetic properties of iridium ilmenites AIrO3 (A= Mg, Zn, and Mn)"
  • P. A. Mishchenko, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. D 104, 074517 (2021), "Quantum Monte Carlo method on asymptotic Lefschetz thimbles for quantum spin systems: An application to the Kitaev model in a magnetic field"
  • S.-H. Jang, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. B 104, 085142 (2021), "Vortex creation and control in the Kitaev spin liquid by local bond modulations"
  • J. Nasu and Y. Motome, Phys. Rev. B 104, 035116 (2021), "Spin dynamics in the Kitaev model with disorder: Quantum Monte Carlo study of dynamical spin structure factor, magnetic susceptibility, and NMR relaxation rate", Editors' suggestion
  • J. Nasu and Y. Motome, Phys. Rev. B 102, 054437 (2020), "Thermodynamic and transport properties in disordered Kitaev models"
  • T. Eschmann, P. A. Mishchenko, K. O'Brien, T. A. Bojesen, Y. Kato, M. Hermanns, Y. Motome, and S. Trebst, Phys. Rev. B 102, 075125 (2020), "Thermodynamic classification of three-dimensional Kitaev spin liquids"
国際会議発表
  • Y. Kasahara, S. Suetsugu, Y. Ukai, M. Shimomura, H. Murayama, T. Asaba, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda, "Thermodynamic evidence for a topological phase transition in a spin liquid state of α-RuCl3" APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
  • K. Inui, Y. Kato, and Y. Motome, "Determinant-free fermionic wave function using feed-forward neural networks" APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
  • K. Nakazawa, Y. Kato, and Y. Motome, "Thermal transport in the Kitaev spin liquid under a staggered magnetic field" APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
  • S. Suetsugu, U. Yuzuki, M. Shimomura, Y. Kasahara, H. Murayama, T. Asaba, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda, "Field-induced first-order topological phase transition in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3" APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
  • K. Fukui, Y. Kato, J. Nasu, and Y. Motome, "Ground state phase diagram of the Kitaev-Heisenberg model with general spin S" APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
  • Y. Motome, "Majorana fermions in the Kitaev model: past, present, and future" 10th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information, Online (Dec. 2020)
国内会議発表
  • 神村真志, 下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 浅場智也, 笠原裕一, 栗田伸之, 田中秀数, 芝内孝禎, 那須譲治, 求 幸年, 松田祐司, "Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場誘起トポロジカル相転移", 日本物理学会第77回年次大会(オンライン開催, 2022年3/15-19)
  • R. Pohle, N. Shannon, and Y. Motome, "Spin liquid and nematic states in the spin-1 honeycomb Kitaev model with bilinear-biquadratic interactions", 日本物理学会第77回年次大会(オンライン開催, 2022年3/15-19)
  • 乾 幸地, 求 幸年, "機械学習を応用したトポロジカルな性質を持つハミルトニアンの自動設計", 日本物理学会第77回年次大会(オンライン開催, 2022年3/15-19)
  • 山本 純哉, 清水 康弘, 小林 義明, 松下 琢, 伊藤 正行, 那須 譲治, 求 幸年, "α-RuCl3におけるスピン励起の異方性", 日本物理学会2021年秋季大会(オンライン開催, 2021年9/20-23)
  • 乾 幸地, 加藤 康之, 求 幸年, "行列式を組み合わせた畳み込み型ニューラルネットワークによるフェルミオン多体系波動関数近似", 日本物理学会2021年秋季大会(オンライン開催, 2021年9/20-23)
  • 乾 幸地, 加藤 康之, 求 幸年, "行列式を用いないフィードフォワード型ニューラルネットワークによるフェルミオン多体波動関数近似", 日本物理学会2021年秋季大会(オンライン開催, 2021年9/20-23)
  • 福井 毅勇, 加藤 康之, 那須 譲治, 求 幸年, "スピンS>1/2Kitaev-Heisenberg模型の基底状態相図", 日本物理学会2021年秋季大会(オンライン開催, 2021年9/20-23)
  • 張 成燻, ○求 幸年, "ハニカム構造をもつイルメナイトイリジウム酸化物MIrO3 (M=Mg, Zn, Mn)の電子状態と磁性", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)
  • 仲澤 一輝, 加藤 康之, 求 幸年, "交代磁場中のキタエフスピン液体が示す熱輸送", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)
  • 張 成燻, 加藤 康之, 求 幸年, "キタエフスピン液体における局所的な擾乱がもたらすエニオンの生成と制御", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)
  • 大久保 毅, 那須 譲治, 三澤 貴宏, 求 幸年, "キタエフ量子スピン液体の熱ホール伝導度に対する非対角相互作用の効果", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)
  • 大乾 幸地, 加藤康之, 求 幸年, "フィードフォワード型ニューラルネットを用いたフェルミオン多体波動関数近似", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)
  • 福井 毅勇, 加藤 康之, 那須 譲治, 求 幸年, "冷却極性分子系でのKitaev量子スピン液体の実現について:汎関数繰り込み群による研究", 日本物理学会第76回年次大会(オンライン開催, 2021年3/12-15)

お問合せ

求 幸年(研究代表者)

e-mail: motome_at_ap.t.u-tokyo.ac.jp
tel: 03-5841-6815, fax: 03-5841-8897

〒113-8656 東京都文京区本郷7-3-1 東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻

URL: http://www.motome-lab.t.u-tokyo.ac.jp