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論文

DC transport in a dissipative superconducting quantum point contact

Visuri, A.-M.*; Mohan, J.*; 内野 瞬; Huang, M.-Z.*; Esslinger, T.*; Giamarchi, T.*

Physical Review Research (Internet), 5(3), p.033095_1 - 033095_11, 2023/08

粒子ロスのある量子ポイントコンタクト系のカレント・バイアス特性を研究する。Keldysh形式を採用し、チャンネルの透過率を変化させた場合のカレントを計算した。透過率の低い場合は、散逸により低バイアス領域でのカレントの増大、散逸に対する非単調性、輸送特性における新しい構造の出現が見られる。粒子ロスによる散逸の効果は、熱浴内の有限温度効果や非弾性散乱効果とは定性的に異なることがわかった。

論文

Superfluid signatures in a dissipative quantum point contact

Huang, M.-Z.*; Mohan, J.*; Visuri, A.-M.*; Fabritius, P.*; Talebi, M.*; Wili, S.*; 内野 瞬; Giamarchi, T.*; Esslinger, T.*

Physical Review Letters, 130(20), p.200404_1 - 200404_8, 2023/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.24(Physics, Multidisciplinary)

スピン依存の局所的な粒子損失を伴う量子ポイントコンタクトを通して、強く相互作用する2成分フェルミ超流動輸送を測定した。高次の多重アンドレーフ反射によって実現される特徴的な非オーミック型超流動輸送は、散逸強度が超流動ギャップを超えると過剰オーミック電流に遷移することを観測した。我々は、散逸のあるサイトへのトンネル過程のある2端子の平均場モデルを開発した。Keldysh形式による計算では、観測された非平衡粒子電流を再現したが、観測された損失率やスピン流を完全に説明することはできなかった。

論文

Dominant Andreev reflection through nonlinear radio-frequency transport

Zhang, T.*; 田島 裕之*; 関野 裕太*; 内野 瞬; Liang, H.*

Communications Physics (Internet), 6, p.86_1 - 86_7, 2023/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

空間的に一様なラビ結合を介した、2成分フェルミ超流動状態とノーマル状態間のレーザー誘起アンドレフ反射を理論的に提案する。超流動状態とノーマル状態間のトンネル電流をラビ結合の4次まで解析することにより、アンドレーフ電流がゼロ温度で非従来型の非オーミック輸送を示すことを発見した。これは、従来の超伝導体-常伝導体接合とは対照的で、化学ポテンシャルバイアスの値に関わらず、ゼロ離調においてアンドレーエフ電流が唯一の寄与となることが明らかになった。この結果は、アンドレーエフ反射を量子情報鏡として利用することで、ブラックホール情報のパラドックスを解明する道筋を示すものであると考えられる。

論文

Spin conductivity spectrum and spin superfluidity in a binary Bose mixture

関野 裕太*; 田島 裕之*; 内野 瞬

Physical Review Research (Internet), 5(2), p.023058_1 - 023058_12, 2023/04

スピン超流動性を示す混成2成分ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)のスピン伝導度のスペクトルを調べる。Bogoliubov理論を用いて、有限の交流周波数におけるスピン伝導度、および、スピンDrude weightを特徴づけるregular partを解析的に計算し、ゼロ周波数におけるデルタ関数のピークを求めた。このスペクトルは低周波でべき乗の振る舞いを示し、このBECに特有のギャップレス密度モードとスピンモードを反映していることが示された。また、非混和相と量子液滴相への相転移点では、準粒子分散関係の変化により、べき乗則が修正される。また、スピンDrude weightが有限となり、スピン超流動のためにスピン抵抗がゼロであることが示された。また、スピン伝導度スペクトルを測定することで、Andreev-Bashkinドラッグ密度にアクセスできることが示唆された。

論文

Comparative study for two-terminal transport through a lossy one-dimensional quantum wire

内野 瞬

Physical Review A, 106(5), p.053320_1 - 053320_14, 2022/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.1(Optics)

冷却原子気体における散逸のある量子ポイントコンタクトの実現に触発され、1次元量子細線中に粒子ロスが局所的に存在する2端子メゾスコピック輸送系を研究する。散逸効果を取り入れることができるKeldysh形式におけるDyson方程式によるアプローチにより、こういった系は粒子ロスが存在しないある種の3端子系に対応することを示す。得られた公式は、非エルミート系や3端子系のLandauer-Buttiker解析とも矛盾しない。我々が発見したカレント表式に関する普遍性は、量子統計に関係なく成立し、粒子ロスのある2端子輸送を3端子輸送の観点から、あるいはその逆の観点から理解するのに有用であると考えている。

論文

Optical spin conductivity in ultracold quantum gases

関野 裕太*; 田島 裕之*; 内野 瞬

Physical Review Research (Internet), 4(4), p.043014_1 - 043014_16, 2022/10

凝縮系物理において未だに観測されていないバルクのACのスピン伝導率が冷却原子気体により測定可能となることを示す。また、このスピン伝導率は、量子多体系を特徴づける重要な情報を含んでいることがわかった。冷却原子気体において実現されている、超流動系や朝永・Luttinger液体などで実際にACスピン伝導率を解析し、よく知られたDrude伝導率とは全く異なるスペクトルが得られることを実際に示した。我々の提案したフォーマリズムはスピン軌道相互作用のある系や非平衡系にも適用可能であり、様々な応用が期待される。

論文

Optomechanical response of a strongly interacting Fermi gas

Helson, V.*; Zwettler, T.*; Roux, K.*; 小西 秀樹*; 内野 瞬; Brantut, J.-P.*

Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033199_1 - 033199_10, 2022/09

光共振器と結合した強く相互作用するフェルミ気体に関する理論的・実験的解析を行った。我々は、この系における光双安定性現象を確認し、その応答が原子間相互作用を変化させることで大きく変更を受けることを明らかにした。また、観測結果は、演算子積展開に基づく理論解析と良い一致を示すことがわかった。

論文

Asymmetry and nonlinearity of current-bias characteristics in superfluid-normal-state junctions of weakly interacting Bose gases

内野 瞬

Physical Review A, 106(1), p.L011303_1 - L011303_5, 2022/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:45.37(Optics)

弱く相互作用するボース気体からなる超流動・ノーマル接合のカレント・バイアス曲線を明らかにした。特に、カレント・バイアス曲線が原点に対して非対称となることがわかり、これはボース気体に特有の輸送機構に起因している。さらに、ボース気体特有の輸送機構はオームの法則に従わず、本質的に非線形であることがわかった。

論文

Optical spin transport theory of spin-$$frac{1}{2}$$ topological Fermi superfluids

田島 裕之*; 関野 裕太*; 内野 瞬

Physical Review B, 105(6), p.064508_1 - 064508_9, 2022/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:61.85(Materials Science, Multidisciplinary)

スピン$$frac{1}{2}$$トポロジカル・フェルミ超流動体におけるバルクの光学スピン輸送の性質を調べた。具体的には、冷却原子気体の実験で実現可能なp波相互作用する1次元フェルミ系を考えた。弱結合から強結合領域までの系のトポロジカルな性質を描写するためBCS-Leggett理論を適用し、スピン輸送が多体効果をどのように反映するかを示した。我々は光学スピン伝導率を調べることで、トポロジカル転移を検出できることを見つけ、Majoranaゼロモードの低エネルギー有効モデルの有用性も議論した。

論文

Observation of spin-space quantum transport induced by an atomic quantum point contact

小野 滉貴*; 肥後本 隼也*; 齋藤 優冴*; 内野 瞬; 西田 祐介*; 高橋 義朗*

Nature Communications (Internet), 12, p.6724_1 - 6724_8, 2021/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:70.49(Multidisciplinary Sciences)

量子輸送は物理学においてお馴染みの概念である。特に、端子間で生じる量子輸送は固体物理において多く研究がなされており、基礎的な重要性に加え、量子デバイスへの応用も考えられている。最近では、操作性の高い冷却原子気体を用いた量子輸送の研究-アトムトロニクス-が行われるようになり、メゾスコピック輸送を理解する新たなアプローチとして注目されている。今回、我々は2軌道光学格子中でのYb原子気体を用いた量子輸送のスキームを実現した。我々のスキームでは、多成分フェルミ原子気体と局在不純物からなる系を考え、カレントは不純物と原子気体との相互作用によりスピン空間上で生じる。我々は実際、このスキームで生じる多彩な量子輸送を明らかにした。本研究は、スピン自由度を用いたアトムトロニクスの扉を開く重要な成果であったと考えられる。

論文

Tunneling Hamiltonian analysis of DC Josephson currents in a weakly-interacting Bose-Einstein condensate

内野 瞬

Physical Review Research (Internet), 3(4), p.043058_1 - 043058_13, 2021/10

冷却原子気体を用いたアトムトロニクス実験により、弱く相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の量子輸送現象を探索することが可能となっている。本研究では、ゼロ温度近傍でのBECの2端子輸送にフォーカスする。トンネルハミルトニアンとボゴリューボフ理論を用いることで、量子ポイントコンタクト系や接合系におけるDCジョセフソンカレントの表式を得ることができた。また、BECにおけるカレント-位相関係式は、アンドレーエフ束縛状態が存在しないため、従来型超伝導体とは異なる振る舞いを示すことがわかった。

論文

アトムトロニクス

内野 瞬

日本物理学会誌, 76(1), p.4 - 12, 2021/01

冷却原子気体は複雑な量子現象の本質をシミュレートすることが可能である。最近では冷却原子気体を用いたメゾスコピック輸送をシミュレートするアトムトロニクスデバイスが実験で実現されている。本解説記事では、2成分フェルミ原子気体における量子ポイントコンタクト輸送に焦点をあて、2端子輸送の最近の発展を解説する。

口頭

ボース・アインシュタイン凝縮体を用いたメゾスコピック輸送

内野 瞬

no journal, , 

ボース・アインシュタイン凝縮体を用いたメゾスコピック系を議論する。いくつかの設定のもとでの輸送特性を明らかにし、メゾスコピック超伝導体との違いを明らかにする予定である。

口頭

Quantum transport with ultracold atomic gases

内野 瞬

no journal, , 

冷却原子気体は非自明な量子輸送現象を明らかにする重要な系である。この発表では、冷却原子気体により実現されるメゾスコピック輸送に関する最近の発展に関して議論を行う予定である。

口頭

Mesoscopic transport with weakly-interacting Bose gases

内野 瞬

no journal, , 

冷却原子気体は非自明な量子輸送現象を明らかにするための重要なアプローチとなっている。特に、弱く相互作用するボース気体の量子輸送は凝縮系での実現が難しいため、興味深い研究対象である。本講演では、ボース・アインシュタイン凝縮体を用いた2端子輸送系が非自明な輸送特性を有することを議論する予定である。超伝導系との類似性にも関わらず、ボース・アインシュタイン凝縮体における輸送特性は超伝導体のそれとは大きく異なることを明らかにする。

口頭

Mesoscopic transport with a weakly-interacting Bose gas

内野 瞬

no journal, , 

近年、冷却原子気体を用いたメゾスコピック輸送の研究が様々行われるようになっている。われわれは、弱く相互作用するボース気体の研究を精力的に推進してきた。本発表では、これまでの成果に関して報告する。

口頭

冷却原子気体における量子輸送

内野 瞬

no journal, , 

量子輸送は、凝縮系において量子多体系を特徴づける概念として重要な役割を果たしてきた。本講演では、量子輸送を冷却原子気体に応用した際に何ができるのかを解説する予定である。

口頭

Mesoscopic transport with ultracold atomic gases

内野 瞬

no journal, , 

冷却原子気体は複雑な量子現象の本質をシミュレートするのに最適である。最近では、エレクトロニクスの冷却原子版であるアトムトロニクスが注目され研究が進んでいる。本発表では、冷却原子気体の実験で実現されている2端子系の輸送現象に焦点を当て、ボース・アインシュタイン凝縮体や粒子ロスのある量子輸送に関する最近の研究結果を報告する。

口頭

Quantum point contact transport in the presence of a particle loss

内野 瞬

no journal, , 

冷却原子気体で実現されるメゾスコピック系では、伝導チャンネル領域における粒子ロスの効果を調べることができるようになっている。本発表では、Keldysh形式とLindblad形式を組み合わせた場の理論的な解析によって導かれる輸送特性に関して議論する予定である。

口頭

Quantum transport with cold atoms

内野 瞬

no journal, , 

冷却原子気体を用いた量子輸送研究に関して講演を行う。特に、ボゾン系の輸送,散逸制御,人工次元といった冷却原子気体の強みを活かした量子輸送研究の最近の発展に関して議論を行なっていく。

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