開放フロケ系における新奇非平衡相の探索とその機構の解明

在开放 Floquet 系统中寻找新的非平衡相并阐明其机制

• 批准号: 21J11245
• 负责人: 鎮西 弘毅
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11245/
• 关键词: フロケ系; 自発的対称性の破れ; 相転移; 臨界現象; 非平衡; 量子

固体における散逸時間結晶（離散的な時間並進対称性の破れ）を理論的に提案・解析した。具体的な模型として、パイパルスによって周期的に駆動された量子イジング模型を扱い、固体中での自然な散逸を取り入れるためブロッホ＝レッドフィールド方程式を考察した。この方程式を時間に依存する平均場近似を用いて解析することにより、熱浴の温度とパルス間隔に対する二次元面上での相図を得た。非自明なことに、温度を下げていく時は一回、パルス間隔を短くしていく時は二回の相転移が生じる。さらに、この相転移現象における臨界性と離散時間結晶の安定性について平均場近似のレベルで明らかにした。本研究成果によって物質科学における時間結晶の可能性がさらに広がることが期待される。また、フロケ=リンドブラッド系における高周波展開の一般理論に関する研究を行なった。リンドブラッド形式は量子開放系を記述する理論の一つであり、近年では量子多体系に対するリンドブラッド方程式が盛んに研究されている。本研究では、周期的に駆動されたリンドブラッド系における非平衡定常状態を高周波展開を用いることによって一般的に解析した。その結果、非平衡定常状態を得る一般的な公式を導出し、非平衡定常状態が平衡状態の自然な拡張の一つであるフロケ=ギブス状態となる条件を発見した。また、その一般論を散逸がある場合の逆ファラデー効果の解析に応用した。逆ファラデー効果とは、磁性体に円偏光を照射することによって磁性が変化する現象である。研究の結果、対称性によって逆ファラデー効果が禁止されている系でも散逸によってそれが誘起され得ることを示し、一般論による結果と定量的に一致することを確かめた。

我们从理论上提出并分析了固体中的耗散时间晶体（离散时间平移对称性破缺）。作为具体模型，我们使用了由 pi 脉冲周期性驱动的量子伊辛模型，并考虑了 Bloch-Redfield 方程以纳入固体中的自然耗散。通过使用与时间相关的平均场近似分析该方程，我们获得了二维平面上的热水浴温度和脉冲间隔的相图。不明显的是，当温度降低时相变发生一次，当脉冲间隔缩短时相变发生两次。此外，我们阐明了这种相变现象的关键性以及离散时间晶体在平均场近似水平上的稳定性。预计这项研究成果将进一步拓展时间晶体在材料科学中的可能性。我们还对Floquet-Lindblad系统高频展开的一般理论进行了研究。 Lindblad 形式是描述量子开放系统的理论之一，量子多体系统的 Lindblad 方程近年来得到了积极的研究。在本研究中，我们利用高频展开一般分析了周期性驱动 Lindblad 系统中的非平衡稳态。由此，我们推导了获得非平衡稳态的通用公式，并发现了非平衡稳态变成Floquet-Gibbs态的条件，Floquet-Gibbs态是平衡态的自然延伸。我们还应用一般理论来分析存在耗散的反法拉第效应。逆法拉第效应是当磁性材料受到圆偏振光照射时磁性发生变化的现象。我们的研究结果表明，即使在因对称性而禁止逆法拉第效应的系统中，耗散也可以诱发逆法拉第效应，并证实了与一般理论结果的定量一致性。

项目成果

Criticality and rigidity of dissipative discrete time crystals in solids

固体中耗散离散时间晶体的临界性和刚性

• DOI: 10.1103/physrevresearch.4.023025
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Chinzei Koki;Ikeda Tatsuhiko N.
• 通讯作者: Ikeda Tatsuhiko N.

散逸に誘起されるTHz光逆ファラデー効果

耗散引起的太赫兹光学反法拉第效应

• 发表时间: 2021
• 作者: Ide Yuki;Manabe Yumehiro;Inaba Yuya;Kinoshita Yusuke;Pirillo Jenny;Hijikata Yuh;Yoneda Tomoki;Shivakumar Kilingaru I.;Tanaka Saki;Asakawa Hitoshi;Inokuma Yasuhide;鎮西弘毅
• 通讯作者: 鎮西弘毅