非エルミート基礎理論の構築と準粒子励起への応用

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本年度は、①「非エルミートブロッホバンド理論の2次元系への拡張」と②「浮揚ナノ粒子アレイの非エルミート物理」の2つの研究テーマに取り組んだ。①非エルミート結晶のエネルギーバンドを計算するための強力なツールとして非エルミートブロッホバンド理論が提案された。これまでにこの理論は1次元系でのみ確立されていたが、高次元系で同様の理論が構築できるかどうかは不透明なままであった。本研究では、2次元非エルミート系において非エルミートブロッホバンド理論を構築することができるセットアップを提案した。そして、3つのモデルにおいて一般化ブリルアンゾーンを定め、エネルギーバンドを計算することに成功した。この計算結果から、系の物理的性質を引き出すことができる。例えば、非エルミートチャーン絶縁体のモデルでは、一般化ブリルアンゾーンを用いてトポロジカル不変量を定義することでバルクエッジ対応を示すことができた。②光の波長よりも小さいナノスケールサイズの物体はレーザーによってトラップすることができる。このような物体は浮揚ナノ粒子と呼ばれる。近年、2つのナノ粒子をトラップすることで、粒子間の双極子-双極子相互作用が非相反性を示すことが明らかになった。そこで本研究では、浮揚ナノ粒子を1列に並べることで、非相反ホッピングをもつ非エルミート強束縛模型を実現し、非エルミート物理を探索する上で理想的なプラットフォームになり得ることを提案した。実際、制御可能な相互作用は、これまでの非エルミート系のプラットフォームで実現困難であったパラメータ領域やセットアップを容易に実現することができる。系の解析の結果、非エルミート表皮効果によって誘起される臨界相や動的不安定相が見出された。また、双極子-双極子相互作用が非相反長距離相互作用であることに起因して、バンド構造や一般化ブリルアンゾーンに特異点が現れることも明らかになった。