量子相転移動力学の基盤となるスピノールBEC中の位相欠陥の内部状態と動力学の解明

阐明旋量 BEC 中相缺陷的内部状态和动力学，这是量子相转移动力学的基础

• 批准号: 20H01842
• 负责人: 竹内 宏光
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka City University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-03-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01842/
• 关键词: 自発的対称性の破れ; 超流動; 位相欠陥; ネマチック量子流体; 磁性量子流体; ボース・アインシュタイン凝縮; 量子渦; 量子粘性; 量子流体力学; ドメイン壁

本年度は、量子流体における位相欠陥にかかる理論的研究を実施し、研究成果を学術論文１編、招待講演２回などで報告した。（１）半整数量子渦のケルビン波の分散関係：従来の超流体中の渦の循環は量子化されており、超流体を構成する粒子の質量とプランク定数できまる循環量子の整数倍であるが、２成分ボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）やスピン１BECなどの多成分系では、循環量子の半整数倍の循環を持つ半整数量子渦が存在する。整数の循環をもつ従来の量子渦に比べ、半整数量子渦の挙動の理解は進んでいなかった。本課題では、半整数量子渦の動力学を解明するために、渦の軸がらせん状に変形することで伝わる波であるケルビン波の性質を半整数量子渦に関して調べた。渦の内部構造が無視できる極限では、流体力学的な記述が有効であるため、この波の分散関係は循環量子と渦芯の有効半径によって記述される。ところが、半整数量子渦の分散関係は、循環が整数である渦として振る舞い、多成分の効果は渦芯の有効半径の変化にのみ集約されることがわかった。（２）量子粘性とレイノルズの相似則：従来の流体中を運動する物体は、粘性によって流体から抗力を受ける。絶対零度の超流体には粘性が理論上存在しないため、理想流体のダランベールのパラドックスとして知られるように、一定速度で運動する物体には抗力が働かない。ところが、運動速度がある臨界速度を超えると量子渦が生成され、抗力が生じると考えられている。本課題では、絶対零度の超流体で有効的に生じる粘性（量子粘性）を導入し、流体力学で知られるレイノルズの相似則を超流体に適用することで、超流体で物体に働く抗力を予言した。

今年，我们对量子流体的拓扑缺陷进行了理论研究，并报告了一项学术论文和两次受邀讲座的研究结果。 （1）kelvin波的分散关系在半刻板量子涡中的分散关系：常规超流体中涡流的循环被量化，并且是循环量子的整数倍数，可以使粒子的质量构成构成的粒子的质量，这些粒子可以构成超级流体和多种组成部分，而在多种组成部分中，可以使量子构成。存在半耗时量子涡旋，其循环是循环量子的半均值。与具有整数循环的常规量子涡流相比，对半企业量子涡流行为的理解尚未得到改善。在这项工作中，为了阐明半量表量子涡旋的动力学，我们研究了开尔文波的性质，开尔文波的性质是通过旋转的螺旋变形传播到螺旋形状的，就半智能量子涡流而言。在涡流的内部结构可忽略不计的范围内，该波的分散关系由循环量子和涡旋芯的有效半径描述。然而，发现半成分量子质量的分散关系表现为循环是整数的涡旋，并且多型的效果仅通过涡旋芯有效半径的变化来汇总。 （2）量子粘度和雷诺的相似性：在常规流体中移动的物体因粘度而导致流体拖动。由于理论上粘度在绝对零超流体中不存在，因此以恒定速度移动的物体不会对它们作用，正如所谓的理想流体的Dalembert悖论一样。但是，人们认为，当运动速度超过一定的临界速度时，会产生量子涡旋，从而导致阻力。在这个主题中，我们引入了粘度（量子粘度），这些粘度（量子粘度）有效地在绝对零的超流体中产生，并将雷诺的相似性定律（以流体力学而闻名，用于超级流体，以预测作用于具有超氟化物物体的物体上的阻力。

项目成果

Spin-current instability at a magnetic domain wall in a ferromagnetic superfluid: A generation mechanism of eccentric fractional skyrmions

• DOI: 10.1103/physreva.105.013328
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: H. Takeuchi

板状障害物による超流動伴流のダイナミクス

板状障碍物引起的超流尾流动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Underwood Andrew P. C.;Baillie D.;Blakie P. Blair;Takeuchi H.;Hiromitsu Takeuchi;竹内宏光;小久保治哉，笠松健一，竹内宏光
• 通讯作者: 小久保治哉，笠松健一，竹内宏光

磁性量子流体のスピン配向性秩序が生み出す新奇な位相欠陥構造

磁性量子流体中自旋取向顺序产生的新型相缺陷结构

• 发表时间: 2023
• 作者: Underwood Andrew P. C.;Baillie D.;Blakie P. Blair;Takeuchi H.;Hiromitsu Takeuchi;竹内宏光
• 通讯作者: 竹内宏光

Phase diagram of pattern formation in binary Bose-Einstein condensates with shear flow

剪切流二元玻色-爱因斯坦凝聚态图案形成的相图

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruya Kokubo;Kenichi Kasamatsu;Hiromitsu Takeuchi
• 通讯作者: Hiromitsu Takeuchi

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