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。

This year, the research on における and における phase defect theory of quantum fluids 陥に and を る theory was carried out を, research results を, one academic paper was compiled, and two invited lectures were given な and で reports were presented た. (1) The dispersion relation of half-integer quantum vortices ケ ケ ビ <e:1> wave <e:1> : 従 to の の vortex in the superfluid の cycle は quantization さ れ て お り, superfluids を す る particle の quality と プ ラ ン ク destiny で き ま る loop quantum の integer times で あ る が, 2 composition ボ ー ス · ア イ ン シ ュ タ イ ン condensation body (BEC) や ス ピ ン 1 BEC な ど の multicomponent system で は, loop quantum の half integer times の cycle を つ half integer quantum The vortex が exists する. The integer <s:1> loop を った 従 従 従 従 従 is used to understand the <s:1> quantum vortex に compared with the べ and half-integer quantum vortex 挙 挙 motion <s:1>, and to advance んで な な った った った. This topic で は, half integer quantum dynamics を vortex の interpret す る た め に, vortex の shaft が ら せ ん shape に - shaped す る こ と で 伝 わ る wave で あ る ケ ル ビ ン wave の nature を half integer quantum vortex に masato し て adjustable べ た. Internal structure of vortex の が ignore で き る limit で は な account, fluid mechanics, the が have sharper で あ る た め, こ の の dispersed masato is は loop quantum と の have sharper vortex core radius に よ っ て account さ れ る. と こ ろ が, half integer quantum scattered vortex の masato は, circulation が integer で あ る vortex と し て vibration い る dance, multicomponent の unseen fruit は の have sharper vortex core radius の variations change に の み intensive さ れ る こ と が わ か っ た. (2) quantum viscous と レ イ ノ ル ズ の is similar: 従 to の を in fluid motion す は る object, viscous に よ っ て fluid か ら resistance を by け る. Absolutely zero seaborne の superfluid に は viscous が theoretical し な い た め, ideal fluid の ダ ラ ン ベ ー ル の パ ラ ド ッ ク ス と し て know ら れ る よ う に, a certain speed で す る object に は resistance が 働 か な い. と こ ろ が, movement speed が あ る critical speed を super え る と quantum vortex が generated さ れ, resistance が raw じ る と exam え ら れ て い る. This topic で は, absolutely zero seaborne の superfluid で have born に じ sharper る viscosity (viscosity) quantum を import し, fluid mechanics で know ら れ る レ イ ノ ル ズ の similar す を superfluids に applicable る こ と で, superfluids で objects に 働 く resistance を to say し た.

项目成果

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

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

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

Vorticity Distribution in Quantum Kelvin-Helmholtz Instability of Binary Bose?Einstein Condensates

二元玻色爱因斯坦凝聚量子开尔文-亥姆霍兹不稳定性中的涡度分布

• DOI: 10.1007/s10909-021-02660-1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics
• 影响因子: 2
• 作者: Kokubo Haruya;Kasamatsu Kenichi;Takeuchi Hiromitsu
• 通讯作者: Takeuchi Hiromitsu

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