Exploration of quantum active matter physics and its application to condensed matter physics

本課題では、我々が新たに見出した非平衡物質相である「量子アクティブマター」に関して、①基本的性質の解明を通じ基礎理論を構築すること、②実験や応用に向けた具体的な理論提案を行うことを目指している。新概念である量子アクティブマター物理の基礎を確立し、それを人工量子系や量子物質(固体電子系)を舞台とする物性科学へ応用するための第一歩を踏み出すことが本計画の目的である。初年度である今年は①「基礎理論の構築」に重点を置いて研究に取り組んだ。最も注力したのは、フロッキング転移(群れの形成)を示す新たな量子アクティブマター模型の構築である。以前の研究で我々は、「運動性誘起相分離 (Motility-induced phase separation)」と呼ばれるアクティブマター特有の相分離現象に注目していたが、アクティブマターの代表的な相転移現象として「フロッキング転移」も知られている。これは、バラバラに運動していた粒子が、アクティブ性を強めることで、粒子が群れ(フロック)を作って一方向に運動するようになる相転移である。以前の我々の研究でも、フロッキング転移自体は狭いパラメータ領域で見出されていたものの、十分に調べられなかった。そこで我々は、新たにスピン間相互作用を導入した量子アクティブマター模型を考え、この模型の性質を数値計算(厳密対角化・密度行列くりこみ群法)で調べた。その結果、この模型は幅広いパラメータ領域でフロッキング転移を示すことが分かった。この内容については、その一部を国際ワークショップやセミナーで発表した他、現在論文を執筆中で、近日投稿予定である。また、これ以外にも、量子アクティブマター研究につながる非平衡現象の研究も進めている。中でも、Drudeウェイトと呼ばれる輸送現象を記述する物理量に関する理論的研究については論文を出版した。

本課題では、我々が新たに見出した非平衡物質相である「量子アクティブマター」に関して、①基本的性質の解明を通じ基礎理論を構築すること、②実験や応用に向けた具体的な理論提案を行うことを目指している。新概念である量子アクティブマター物理の基礎を確立し、それを人工量子系や量子物質(固体電子系)を舞台とする物性科学へ応用するための第一歩を踏み出すことが本計画の目的である。初年度である今年は①「基礎理論の構築」に重点を置いて研究に取り組んだ。最も注力したのは、フロッキング転移(群れの形成)を示す新たな量子アクティブマター模型の構築である。以前の研究で我々は、「運動性誘起相分離 (Motility-induced phase separation)」と呼ばれるアクティブマター特有の相分離現象に注目していたが、アクティブマターの代表的な相転移現象として「フロッキング転移」も知られている。これは、バラバラに運動していた粒子が、アクティブ性を強めることで、粒子が群れ(フロック)を作って一方向に運動するようになる相転移である。以前の我々の研究でも、フロッキング転移自体は狭いパラメータ領域で見出されていたものの、十分に調べられなかった。そこで我々は、新たにスピン間相互作用を導入した量子アクティブマター模型を考え、この模型の性質を数値計算(厳密対角化・密度行列くりこみ群法)で調べた。その結果、この模型は幅広いパラメータ領域でフロッキング転移を示すことが分かった。この内容については、その一部を国際ワークショップやセミナーで発表した他、現在論文を執筆中で、近日投稿予定である。また、これ以外にも、量子アクティブマター研究につながる非平衡現象の研究も進めている。中でも、Drudeウェイトと呼ばれる輸送現象を記述する物理量に関する理論的研究については論文を出版した。