髙吉 慎太郎 (タカヨシ シンタロウ)
TAKAYOSHI Shintaro
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職名 |
准教授 |
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学位 |
博士（理学）(東京大学), 修士（理学）(東京大学), 学士（理学）(東京大学) |
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専門分野 |
半導体、光物性、原子物理, 物性理論、量子ダイナミクス |
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ホームページ |
https://sites.google.com/site/shintarotakayoshi/japanese_top |
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外部リンク |
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出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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東京大学 理学系研究科 物理学専攻 博士課程 修了
2009年4月 - 2012年3月
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東京大学 理学系研究科 物理学専攻 修士課程 修了
2007年4月 - 2009年3月
学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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マックスプランク複雑系物理学研究所
2018年9月 - 2020年3月
国名：ドイツ連邦共和国
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マックスプランク複雑系物理学研究所
2018年9月 - 2020年3月
国名：ドイツ連邦共和国
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ジュネーブ大学
2015年9月 - 2018年9月
国名：スイス連邦
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東京大学 大学院理学系研究科物理学専攻
2015年5月 - 2015年8月
国名：日本国
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物質・材料研究機構 理論計算科学ユニット材料特性理論グループ
2013年4月 - 2015年4月
国名：日本国
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Shintaro Takayoshi, Quentin Faure, Virginie Simonet, Béatrice Grenier, Sylvain Petit, Jacques Ollivier, Pascal Lejay, Thierry Giamarchi
Physical Review Research 5 ( 2 ) 023205 2023年6月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 出版者・発行元：American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevresearch.5.023205
その他リンク： http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevResearch.5.023205/fulltext
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Spin, Charge, and η-Spin Separation in One-Dimensional Photodoped Mott Insulators 査読あり 国際共著
Yuta Murakami, Shintaro Takayoshi, Tatsuya Kaneko, Andreas M. Läuchli, Philipp Werner
Physical Review Letters 130 ( 10 ) 106501 2023年3月
出版者・発行元：American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/PhysRevLett.130.106501
その他リンク： https://link.aps.org/article/10.1103/PhysRevLett.130.106501
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Mott memristors based on field-induced carrier avalanche multiplication 査読あり 国際共著
Francesco Peronaci, Sara Ameli, Shintaro Takayoshi, Alexandra S. Landsman, Takashi Oka
Physical Review B 107 ( 7 ) 075154 2023年2月
出版者・発行元：American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/PhysRevB.107.075154
その他リンク： http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevB.107.075154/fulltext
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Dynamical conductivity of disordered quantum chains 査読あり 国際共著
Shintaro Takayoshi, Thierry Giamarchi
The European Physical Journal D 76 ( 11 ) 213 2022年11月
担当区分：筆頭著者 出版者・発行元：Springer Science and Business Media LLC
Abstract
We study the transport properties of a one-dimensional quantum system with disorder. We numerically compute the frequency dependence of the conductivity of a fermionic chain with nearest-neighbor interaction and a random chemical potential by using the Chebyshev matrix product state (CheMPS) method. As a benchmark, we investigate the noninteracting case first. Comparison with exact diagonalization and analytical solutions demonstrates that the results of CheMPS are reliable over a wide range of frequencies. We then calculate the dynamical conductivity spectra of the interacting system for various values of the interaction and disorder strengths. In the high-frequency regime, the conductivity decays as a power law, with an interaction-dependent exponent. This behavior is qualitatively consistent with the bosonized field theory predictions, although the numerical evaluation of the exponent shows deviations from the analytically expected values. We also compute the characteristic pinning frequency at which a peak in the conductivity appears. We confirm that it is directly related to the inverse of the localization length, even in the interacting case. We demonstrate that the localization length follows a power law of the disorder strength with an exponent dependent on the interaction, and find good quantitative agreement with the field theory predictions. In the low-frequency regime, we find a behavior consistent with the one of the noninteracting system $$\omega ^{2}(\ln \omega )^{2}$$ independently of the interaction. We discuss the consequences of our finding for experiments in cold atomic gases.
Graphical abstractDOI： 10.1140/epjd/s10053-022-00524-1
その他リンク： https://link.springer.com/article/10.1140/epjd/s10053-022-00524-1/fulltext.html
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Second-order magnetic responses in quantum magnets: Magnetization under ac magnetic fields 査読あり 国際共著
Tatsuya Kaneko, Yuta Murakami, Shintaro Takayoshi, Andrew J. Millis
Physical Review B 105 ( 19 ) 195126 2022年5月
出版者・発行元：American Physical Society (APS)
We investigate second-order magnetic responses of quantum magnets against ac magnetic fields. We focus on the case where the z component of the spin is conserved in the unperturbed Hamiltonian and the driving field is applied in the xy plane. We find that linearly polarized driving fields induce a second-harmonic response, while circularly polarized fields generate only a zero-frequency response, leading to a magnetization with a direction determined by the helicity. Employing an unbiased numerical method, we demonstrate the nonlinear magnetic effect driven by the circularly polarized field in the XXZ model and show that the magnitude of the magnetization can be predicted by the dynamical spin structure factor in the linear response regime.
DOI： 10.1103/physrevb.105.195126
その他リンク： http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevB.105.195126/fulltext
総説・解説記事（Misc） 【 表示 ／ 非表示 】
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キタエフスピン液体におけるマヨラナ素励起の局所検出—固体物理〈キタエフスピン液体の新展開〉特集号 ; ダイナミクスと新奇物性
宇田川 将文, 高吉 慎太郎, 岡 隆史
固体物理 / アグネ技術センター [編] 57 ( 11 ) 713 - 724 2022年11月
出版者・発行元：アグネ技術センター
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レーザー誘起マグノントポロジカル絶縁体
仲田 光樹, 高吉 慎太郎
日本物理学会講演概要集 75.1 1372 - 1372 2020年
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擬1次元反強磁性体におけるスピノン閉じ込めと量子相転移
高吉 慎太郎, 古谷 峻介
日本物理学会講演概要集 74.1 1215 - 1215 2019年
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AKLT状態のエンタングルメントスペクトルへの場の理論的アプローチ
田中 秋広, 高吉 慎太郎
日本物理学会講演概要集 72 ( 0 ) 2419 - 2419 2017年
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佐藤 正寛, 高吉 慎太郎, 岡 隆史
日本物理学会誌 72 ( 11 ) 783 - 792 2017年
出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会
<p>「磁性体の磁化の向きを限界まで素早く変えたい．」これは次世代情報素子のコアとなりうるスピントロニクス技術であるのみならず，多数スピンの非平衡統計力学として基礎物理学的にも重要な概念である．近年この問題に対して，光を用いた戦略が盛んに議論されている．レーザーパルスの整形・変調，メタマテリアルやプラズモニクスなど光科学分野の実験の進展は目覚ましい．そのような最先端の光技術を上手に使えば，スピンの集団運動にとっての量子力学的な限界速度であるピコ（10－12）秒という時間スケールで磁化を制御できるのだ．</p><p>この「超高速スピントロニクス」の実現には，磁性体と光との結合様式（光・物質結合）や時間変化する外場中における量子系の時間発展（量子ダイナミクス）を理解する必要がある．しかし，多自由度を取り扱う固体物理分野では量子ダイナミクス研究の進歩が遅れていた．その一因として，多自由度の協調現象を扱う基本的な枠組みが整備途上であり，平衡系で慣れ親しんだエネルギーや固有状態などの議論の足がかりを失うことが挙げられる．レーザー中の多体系の解析では「非平衡系の相転移とは何か？ それをどう特徴付けるべきか？」などの疑問の解消が望まれる訳である．</p><p>実はこの問題は，磁気共鳴，量子化学，量子光学などのダイナミクスとの関わりが避けて通れない分野においては限定的ながら解決されている．レーザー電磁場を時間について周期的な外場とみなすと，系は離散的な時間並進対称性を持つ．このときエネルギーや固有状態といった概念が復活するのだ．この「フロケ理論」，そして回転枠などへの「ユニタリ変換の方法」を使うと，時間依存ハミルトニアンが駆動する多体系ダイナミクスを静的な有効ハミルトニアンで理解できるのである．望みの物性が実現するような動的状況を与える外場をフロケ理論の有効模型からさかのぼって設計することを，物性を操るという意味を込めて「フロケエンジニアリング」と呼ぶ．</p><p>多体系のフロケエンジニアリングは，冷却原子系や電子系で発展してきたが，近年磁性体の制御にも適用されはじめている．例えば，標準的な磁性絶縁体に円偏光レーザーを照射し磁化を生成・成長させる方法が提案されている．これはレーザー周波数のエネルギースケールに対応する大きな静磁場が有効模型に現れることに由来する．</p><p>レーザーによるスピン流生成は超高速スピントロニクスの主要テーマの一つであり，特異な光・物質結合を持つマルチフェロイクス（強誘電磁性体）が注目されている．この系ではスピンはレーザーの磁場成分だけでなく電場にも応答する．あるクラスのマルチフェロイクスに円偏光レーザーを照射するとベクトルスピンカイラリティ（またはジャロシンスキー・守谷相互作用）が生じることが有効模型・数値計算から示唆される．これを利用したスピン流の生成，およびその検出方法について，現実的な実験セットアップの理論提案もなされている．</p><p>レーザーを用いた物性制御は従来型秩序にとどまらず，系のトポロジカル秩序をも変化させられる．その具体例としてキタエフ模型への円偏光レーザー印加の研究がある．有効模型に生じるホッピング項がスピン液体基底状態にギャップをもたらし，系をエッジ状態を持つトポロジカルな状態へと変化させることが予言される．</p>
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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量子磁性体における非線形光学応答の理論 招待あり
高吉 慎太郎
日本物理学会2022年秋季大会 2022年9月
開催年月日： 2022年9月
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レーザー駆動超高速スピントロニクスの理論 招待あり
高吉 慎太郎
日本物理学会第77回年次大会 2022年3月
開催年月日： 2022年3月
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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トポロジカル磁性体を基盤とする量子計算のための理論構築
2022年4月 - 2025年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
宇田川 将文, 岡 隆史, 高吉 慎太郎
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外場駆動で誘起される乱れた系における新奇状態の探索
2021年4月 - 2024年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
高吉 慎太郎
乱れた系において高精度の数値計算をおこなうために、密度行列繰り込み群によって量子系の基底状態を求め、スペクトル関数を評価する手法であるKernel Polynomial methodを併用することで動的伝導率を計算するChebyshev MPS法のシミュレーションコードを開発した。また本年度は以下の3つの関連テーマに関して結果を得た。(1)ランダウ・ゼナー型のトンネル現象に対して、パラメーター空間に曲率を生じるような2次項を付加した場合に生じる非断熱幾何学的効果について調べた。ユニタリー変換の手法でトンネル確率公式を導出し、整流効果・完全トンネリング・高速スイープにおけるcounterdiabaticityなどの新奇現象を見出すとともに、応用として円偏光を照射したディラック・ワイル系における電子・正孔対生成の波数空間分布を計算し、非摂動的に生成されるバレー分極およびスピン流を定量的に求めた。(2)モット絶縁体の光ドープ状態における長時間の振る舞いを、平衡状態の手法に基づいて系統的に解析するために、一般化ギブス・アンサンブルによる記述法を導入した。これを用いて1次元拡張ハバード模型の非平衡相図を計算し、光キャリアドープ領域において、ηペアリングおよび電荷密度波によって特徴づけられる相が存在することを示した。さらに、これらの非平衡新奇相の実現には、光キャリアのダイナミクスとキャリア間相互作用が重要な役割を果たすことを明らかにした。(3)実験グループとの共同研究で、擬一次元異方的ハイゼンベルグ反強磁性体BaCo2V2O8の横磁場下でのダイナミクスを中性子非弾性散乱実験と、場の理論・数値シミュレーションによる理論解析を組み合わせることで明らかにした。
研究費にかかる研究（調査）活動報告書 【 表示 ／ 非表示 】
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2022年度 強相関物質におけるダイナミクスの理論
研究費の種類： その他
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2021年度 強相関物質におけるダイナミクスの理論
研究費の種類： その他
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2020年度 強相関物質におけるダイナミクスの理論
研究費の種類： その他
ティーチングポートフォリオ 【 表示 ／ 非表示 】
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2023年度
教育の責任（何をやっているか：主たる担当科目）：
量子力学III、統計力学II、レーザー光学、コンピュータ入門、基礎物理学実験、物理学実験I,II、ワークショップIb,IIb,IIIb,IVb、物理工学リサーチ、物理学卒業研究、量子物理学、物理学研究演習I,II、物理学特別研究
教育の理念（なぜやっているか：教育目標）：
教育の方法（どのようにやっているか：教育の工夫）：
教育方法の評価・学習の成果（どうだったか：結果と評価）：
改善点・今後の目標（これからどうするか）：
根拠資料（資料の種類などの名称）：