写真a

髙吉 慎太郎 (タカヨシ シンタロウ)

TAKAYOSHI Shintaro

職名

准教授

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)

専門分野

物性理論、量子ダイナミクス

ホームページ

https://sites.google.com/site/shintarotakayoshi/japanese_top

外部リンク

出身学校 【 表示 / 非表示

  • 東京大学   理学部   物理学科   卒業

    2003年4月 - 2007年3月

出身大学院 【 表示 / 非表示

  • 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

  • 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

留学歴 【 表示 / 非表示

  • 2018年9月
    -
    2020年3月

    マックスプランク複雑系物理学研究所   研究員

  • 2015年9月
    -
    2018年9月

    ジュネーブ大学   博士研究員

学内職務経歴 【 表示 / 非表示

  • 甲南大学   理工学部   物理学科   准教授

    2020年4月 - 現在

学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 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

      詳細を見る

    国名:ドイツ連邦共和国

  • ジュネーブ大学

    2015年9月 - 2018年9月

      詳細を見る

    国名:スイス連邦

  • 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

      詳細を見る

    国名:日本国

  • 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

      詳細を見る

    国名:日本国

  • 東京大学   大学院工学系研究科物理工学専攻

    2012年8月 - 2013年3月

      詳細を見る

    国名:日本国

全件表示 >>

所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 日本物理学会

    2007年7月 - 現在

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Scanning Tunneling Microscopy as a Single Majorana Detector of Kitaev's Chiral Spin Liquid 査読あり

    Masafumi Udagawa, Shintaro Takayoshi, Takashi Oka

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   126 ( 12 )   127201   2021年3月

     詳細を見る

    共著

    出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    We propose a local detection scheme for the Majorana zero mode (MZM) carried by a vison in Kitaev's chiral spin liquid (CSL) using scanning tunneling microscopy (STM). The STM introduces a single Majorana into the system through hole-charge injection and the Majorana interacts with the MZM to form a stable composite object. We derive the exact analytical expression of single-hole Green's function in the Mott insulating limit of Kitaev's model, and show that the differential conductance has split peaks, as a consequence of resonant tunneling through the vison-hole composite. The peak splitting turns out comparable to the Majorana gap in CSL, well within the reach of experimental observation.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.127201

  • Diagrammatic study of optical excitations in correlated systems 査読あり

    Olivier Simard, Shintaro Takayoshi, Philipp Werner

    PHYSICAL REVIEW B   103 ( 10 )   104415   2021年3月

     詳細を見る

    共著

    出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    The optical conductivity contains relevant information on the properties of correlated electron systems. In infinite dimensions, where dynamical mean field theory becomes exact, vertex corrections can be neglected and the conductivity computed from particle-hole bubbles. An interesting question concerns the nature and effect of the most relevant vertex corrections in finite-dimensional systems. A recent numerical study showed that the dominant vertex correction near an ordering instability with wave vector pi comes from a vertical ladder, analogous to the Maki-Thompson diagram. Since the random phase approximation version of this ladder diagram, dubbed pi-ton, can be easily evaluated, this suggests a simple procedure for incorporating antiferro-magnetic or charge density wave fluctuations into dynamical mean field estimates of the optical conductivity and related susceptibilities. We implement this procedure for the half-filled Hubbard model, considering the pi-ton, a double-ladder extension of the pi-ton and Aslamazov-Larkin-type diagrams, and reveal the spectral signatures of these vertex corrections.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.103.104415

  • High-harmonic generation in one-dimensional Mott insulators 査読あり

    Yuta Murakami, Shintaro Takayoshi, Akihisa Koga, Philipp Werner

    PHYSICAL REVIEW B   103 ( 3 )   035110   2021年1月

     詳細を見る

    共著

    出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    We study high-harmonic generation (HHG) in the one-dimensional Hubbard model in order to understand its relation to elementary excitations as well as the similarities and differences to semiconductors. The simulations are based on the infinite time-evolving block decimation (iTEBD) method and exact diagonalization. We clarify that the HHG originates from the doublon-holon recombination, and the scaling of the cutoff frequency is consistent with a linear dependence on the external field. We demonstrate that the subcycle features of the HHG can be reasonably described by a phenomenological three step model for a doublon-holon pair. We argue that the HHG in the one-dimensional Mott insulator is closely related to the dispersion of the doublon-holon pair with respect to its relative momentum, which is not necessarily captured by the single-particle spectrum due to the many-body nature of the elementary excitations. For the comparison to semiconductors, we introduce effective models obtained from the Schrieffer-Wolff transformation, i.e., a strong-coupling expansion, which allows us to disentangle the different processes involved in the Hubbard model: intraband dynamics of doublons and holons, interband dipole excitations, and spin exchanges. These demonstrate the formal similarity of the Mott system to the semiconductor models in the dipole gauge, and reveal that the spin dynamics, which does not directly affect the charge dynamics, can reduce the HHG intensity. We also show that the long-range component of the intraband dipole moment has a substantial effect on the HHG intensity, while the correlated hopping terms for the doublons and holons essentially determine the shape of the HHG spectrum. A new numerical method to evaluate single-particle spectra within the iTEBD method is also introduced.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.103.035110

  • Optomagnonic Barnett effect 査読あり

    Kouki Nakata, Shintaro Takayoshi

    PHYSICAL REVIEW B   102 ( 9 )   094417   2020年9月

     詳細を見る

    共著

    出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    Combining the technologies of quantum optics and magnonics, we find that the circularly polarized laser can dynamically realize the quasiequilibrium magnon Bose-Einstein condensates (BEC). The Zeeman coupling between the laser and spins generates the optical Barnett field, and its direction is controllable by switching the laser chirality. We show that the optical Barnett field develops the total magnetization in insulating ferrimagnets with reversing the local magnetization, which leads to the quasiequilibrium magnon BEC. This laser-induced magnon BEC transition through optical Barnett effect, dubbed the optomagnonic Barnett effect, provides an access to coherent magnons in the high-frequency regime of the order of terahertz. We also propose a realistic experimental setup to observe the optomagnonic Barnett effect using current device and measurement technologies as well as the laser chirping. The optomagnonic Barnett effect is a key ingredient for the application to ultrafast spin transport.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.102.094417

  • Ultrafast nonequilibrium evolution of excitonic modes in semiconductors 査読あり

    Yuta Murakami, Michael Schueler, Shintaro Takayoshi, Philipp Werner

    PHYSICAL REVIEW B   101 ( 3 )   035203   2020年1月

     詳細を見る

    共著

    出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    We study the time evolution of excitonic states after photoexcitation in the one-dimensional spinless extended Falicov-Kimball model. Several numerical methods are employed and benchmarked against each other: time-dependent mean-field simulations, the second-Born approximation (2BA) within the Kadanoff-Baym formalism, the generalized Kadanoff-Baym ansatz (GKBA) implemented with the 2BA, and the infinite time-evolving block decimation (iTEBD) method. It is found that the GKBA gives the best agreement with iTEBD and captures the relevant physics. Excitations to the particle-hole continuum and resonant excitations of the equilibrium exciton result in a qualitatively different dynamics. In the former case, the exciton binding energy remains positive and the frequency of the corresponding coherent oscillations is smaller than the band gap. On the other hand, resonant excitations trigger a collective mode whose frequency is larger than the band gap. We discuss the origin of these different behaviors by evaluating the nonequilibrium susceptibility using the nonthermal distribution and a random phase approximation. The peculiar mode with frequency larger than the band gap is associated with a partial population inversion with a sharp energy cutoff. We also discuss the effects of the cooling by a phonon bath. We demonstrate the real-time development of coherence in the polarization, which indicates excitonic condensation out of equilibrium.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.101.035203

全件表示 >>

総説・解説記事(Misc) 【 表示 / 非表示

  • 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

     詳細を見る

    出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.72.2.0_2419

    CiNii Article

  • レーザー駆動超高速スピントロニクスとフロケエンジニアリング

    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

     詳細を見る

    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>

    DOI: 10.11316/butsuri.72.11_783

    CiNii Article

  • 3次元量子スピン系SPT相とO(6)非線形シグマ模型の間の双対性

    田中 秋広, 高吉 慎太郎

    日本物理学会講演概要集   71 ( 0 )   2755 - 2755   2016年

     詳細を見る

    出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    <p>量子スピン系のAKLT状態は典型的なSPT相と成り得るが、我々はこれまで空間一次元、二次元の場合について、その条件をトポロジカル項付きの非線形シグマ模型を用いて特定してきた。今回、3次元への拡張方法を見出したので報告する。特に理論の部分群であるO(4)セクターのモノポール凝縮が果たす役割について説明する。</p>

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.2.0_2755

    CiNii Article

  • 量子スピン系のSPT相におけるstrange correlator

    高吉 慎太郎, 田中 秋広

    日本物理学会講演概要集   71 ( 0 )   2756 - 2756   2016年

     詳細を見る

    出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    <p>系に対称性を課すことによって、パラメータ空間で相転移を経ずに自明な直積状態に移ることができず、トポロジカルな性質が守られる相をSPT相という。SPT相を特徴づける物理量として、strange correlatorと呼ばれる特殊な相関関数が提案されている。我々はいくつかの量子スピンSPT相において、strange correlatorを具体的に計算し、SPT相と自明相が区別されることを見る。</p>

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.2.0_2756

    CiNii Article

  • 16aCQ-12 平坦バンドのあるBose-Hubbard模型におけるペア朝永-Luttinger液体相

    桂 法称, 高吉 慎太郎, 渡辺 伯陽, 青木 秀夫

    日本物理学会講演概要集   70 ( 0 )   2536 - 2536   2015年

     詳細を見る

    出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.70.2.0_2536

    CiNii Article

全件表示 >>

研究費にかかる研究(調査)活動報告書 【 表示 / 非表示

  • 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

     詳細を見る

    レーザーを用いて強相関電子系の物性を制御する研究を行い、計4本の論文を出版した。