「長距離相互作用系のための効率的モンテカルロ法の開発とその応用」
佐々木 志剛　氏

Nov 10, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　長距離相互作用系のための効率的モンテカルロ法の開発とその応用
講　師　：　佐々木 志剛　博士
　　　　　神奈川大学工学部物理学教室 准教授
日　時　：　平成28年11月10日 (木) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学理学部5号館5－205室

要　旨　：
モンテカルロ法は系の熱平衡状態の性質を知るために有効なシミュレーション手法である。しかし、長距離相互作用を含む系のモンテカルロ法は、系の各要素（粒子・スピンなど）が他の全てと相互作用しているため、１ステップ当たりの計算時間が要素数の２乗に比例する問題がある。この問題に対する１つの解決法として、近年我々は「確率的カットオフ法」と呼ばれる手法を開発した。この手法はモンテカルロ法として一切近似を含んでいないのにも関わらず、１ステップ当たりの計算時間を、場合によっては近距離相互作用系とほぼ同程度まで削減することを可能とする。本コロキウムでは、この手法とその適用研究について紹介する。

世話人　 根本 幸児
（nemoto@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「Pair-pair interactions in high-Tc superconductivity : evidence from tunneling experiments」
William Sacks　氏

Oct 25, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Pair-pair interactions in high-Tc superconductivity : evidence from tunneling experiments
講　師　：　William Sacks　博士
　　　　　Sorbonne Universities, Paris, France
日　時　：　平成28年10月25日 (火) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学理学部5号館5－206室

要　旨　：
The conventional BCS theory fails to account for the physical properties of a large variety of high-Tc superconductors, the cuprate family and the recently discovered iron-based superconductors. In particular, these materials reveal a `peak-dip-hump' structure in the quasiparticle DOS at low temperature and often a pseudogap at the critical temperature. In my talk, the origin of these features are explained in the framework of a new pair-pair interaction model [1] : - The non-superconducting state consists of incoherent pairs, a `Cooper-pair glass' which, due to the pair-pair interaction, condense below Tc to the coherent superconducting state. - The peak-dip-hump structure is then due to the strong coupling between quasiparticles and excited pairs, which we call `super-quasiparticles'. The talk will focus on a wide variety of tunneling experiments, with varied temperature, magnetic field and doping, to test the validity of the model. [1] W. Sacks, A. Mauger, Y. Noat, Superconduct. Sci. Technol. 28 105014, (2015)

世話人　 小田研
（moda@sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「Electronic phase transitions through time - on a femtosecond timescale」
Prof. Dragan Mihailovic

Oct 25, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Electronic phase transitions through time - on a femtosecond timescale
講　師　：　Prof. Dragan Mihailovic
　　　　　Jozef Stefan institute, Ljubljana, Slovenia
日　時　：　平成28年10月25日 (火) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 アカデミックラウンジ3

要　旨　：
The study of phase transitions in real time under nonequilibrium conditions is of fundamental interest in many areas of physics. A special category of recent fundamental and practical interest are transitions to metastable hidden states which occur under conditions of particle-hole asymmetry. While such behavior has been invoked in cosmology to explain Baryogenesis, it is not commonly observed elsewhere. In the quasi-two-dimensional dichalcogenide, 1T-TaS2, conditions for the formation of an electronically textured hidden “false vacuum” state are created by femtosecond laser photoexcitation. Femtosecond photoexcited low temperature scanning tunneling microscopy reveals a remarkable quantum duality of polaron behavior with a vivid real-space illustration of Mott physics. The current system is of practical interest for ultrafast low-energy low-temperature non-volatile memory devices with applications in cryogenic computing.

世話人　 戸田 泰則

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)

「実験で観るスピン1/2三角格子反強磁性体の量子多体効果」
田中 秀数　氏

Oct 05, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　実験で観るスピン1/2三角格子反強磁性体の量子多体効果
講　師　：　田中 秀数　博士
　　　　　東京工業大学理学院物理学系 教授
日　時　：　平成28年10月5日 (水) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-404 室

要　旨　：
スピンの大きさが1/2で交換相互作用が等方的な三角格子Heisenberg反強磁性体（TLHAF）は，フラストレーションの強い量子磁性体の典型的な模型である．このS=1/2 TLHAFの基底状態の理論研究は，AndersonによるResonating-valence-bond (RVB) 理論に端を発して，精力的になされてきた．その結果，基底状態はRVB状態のようなスピン液体ではなく，スピンが120°構造をとる秩序状態であることが現在の理論的コンセンサスである．基底状態は秩序状態であっても，S=1/2 TLHAFは磁場中で顕著な量子多体効果を示す．代表的な巨視的量子効果が磁化曲線に現れる飽和磁化の1/3にできるプラトーである．一方，実験的にもS=1/2 TLHAFのモデル物質の探索が精力的に行われてきた．本講演で取り上げるBa3CoSb2O9はCo2+が有効スピン1/2をもつ六方晶の物質で，現在S=1/2 TLHAFに最も近い物質と考えられている．我々はBa3CoSb2O9を用いて，1/3磁化プラトーを含む量子磁化過程全体の実験的検証を行った [1,2]．このように，S=1/2 TLHAFの基底状態はかなり詳しく分かってきたが，励起状態には不明な点が多い．磁気Bragg点であるK点近傍の低エネルギー励起は線形スピン波理論で記述できるが，K点から離れると，励起エネルギーが大きく低エネルギー側に再規格化されることが近年の理論研究から分かってきた．しかし，高エネルギーの連続励起などに関しては，理論によって様々である．実験的には，Ba3CoSb2O9におけるマグノン励起が米国のグループによって調べられ，理論が予言する分散関係の概要が確かめられている [3]．我々は最近，J-PARCのMLFに設置された冷中性子チョッパー分光器AMATERASを用いてBa3CoSb2O9の磁気励起を詳細に調べた．その結果，マグノン励起のエネルギーが低エネルギー側に再規格化されることの他に，M点およびΓ点とK点の中間点にロトン的な極小が現れることが明瞭に観測された．また，磁気励起は3段構造であることも分かった．1段目は単一マグノン励起の分散を表すが，2段目と3段目は分散的構造を持つ連続励起になっている．さらに，3段目の連続励起は交換相互作用Jの5倍程度の高エネルギーまで続いていることも判明した．このような連続励起の構造を説明する理論はまだないが，分数スピン励起などの可能性も考えられる． [1] Y. Shirata, H. Tanaka, A. Matsuo and K. Kindo: Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 057205. [2] T. Susuki, N. Kurita, T. Tanaka, H. Nojiri, A. Matsuo, K. Kindo and H. Tanaka: Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 267201. [3] J. Ma, Y. Kamiya, T. Hong, H. B. Cao, G. Ehlers, W. Tian, C. D. Batista, Z. L. Dun, H. D.Zhou and M. Matsuda: Phys. Rev. Lett. 116 (2016) 087201.

世話人　 吉田 紘行
（hyoshida@sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「On tetrahedratic order and chiral symmetry breaking」
Prof. Helmut R. Brand

Aug 22, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　On tetrahedratic order and chiral symmetry breaking
講　師　：　Prof. Helmut R. Brand
　　　　　Department of Physics, University of Bayreuth, Germany
日　時　：　平成28年8月22日 (月) 16:00-17:00
場　所　：　北海道大学理学部2号館2-211室

要　旨　：
We investigate how tetrahedratic order can influence chirality in nonchiral systems. For nematic phases composed of achiral bent-core molecules the occurence of chiral domains of opposite hand is well-established experimentally [1,2] and has been modeled as being due to a linear gradient term between quadrupolar and octupolar order [3]. Recently there have been experimental results not only on liquid crystals, but also on optically isotropic phases. It turns out that in such materials mesoscopic to macroscopic domains of either hand can occur spontaneously [4]-[7]. We argue [8] that transient elasticity coupled to tetrahedratic order can lead to chiral domains of opposite hand in an optically isotropic system even for achiral molecules. This issue is related to the question of chiral symmetry breaking in condensed matter physics, but also potentially relevant for biological systems. [1] G. Pelzl et al., J. Mater. Chem. 12, 2591 (2002) [2] T. Niori, J. Yamamoto, and H. Yokoyama, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 409, 475 (2004) [3] H.R. Brand, H. Pleiner, and P.E. Cladis, Physica A 351. 189 (2005); H.R. Brand and H. Pleiner, Eur. Phys. J. E 31, 37 (2010); H. Pleiner and H.R. Brand, Eur. Phys. J. E 37, 11 (2014). [4] M. Jasinski, D.Pociecha, H. Monobe, J. Szczytko, and P. Kaszynski, J. Am. Chem. Soc. 136, 14658 (2014). [5] C. Dressel, T. Reppe, M. Prehm, M. Brautzsch, and C. Tschierske, Nat. Chem. 6, 971 (2014). [6] C. Dressel, W. Weissflog, and C. Tschierske, Chem. Comm. 51, 15850 (2015). [7] M. Alaasar, M. Prehm, Y. Cao, F. Liu, and C. Tschierske, Angew. Chem. Int. Ed. 55, 312 (2016). [8] H.R. Brand and H. Pleiner, to be published

世話人　 北　孝文
（kita@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「量子スピン液体の熱力学と磁気ダイナミクス」
那須 譲治　氏

Aug 02, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　量子スピン液体の熱力学と磁気ダイナミクス
講　師　：　那須 譲治　博士
　　　　　東京工業大学理学部 助教
日　時　：　平成28年8月2日 (火) 15:00-16:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-505 室

要　旨　：
極低温まで磁気秩序を示さない量子スピン液体はP. W. Andersonによる理論提案以降、およそ半世紀にわたって磁性物理学の主要な研究テーマのひとつになっている。しかしながら、これまで数値的にこの状態を取り扱うのは計算手法の制限から絶対零度ですら困難とされており、加えてこの状態にはあらわな秩序変数が存在しないため、それをどのようの特徴づけるかも議論となっていた。近年では、量子スピン液体では量子スピンが分数化されて生じたフェルミ励起が生じるとして、極低温での比熱や熱伝導度の漸近的な振る舞いが実験的に調べられている。本研究では、量子スピン模型のひとつであるキタエフ模型に着目する。この模型は、厳密に解くことができる数少ない2次元模型であり、その基底状態は分数化されたフェルミ励起を素励起に持つ量子スピン液体である。このスピン液体の性質がどのように高次元/有限温度に拡張されるかは興味深い問題である。また、この模型はスピン軌道相互作用の強いイリジウム酸化物に代表される5d電子系において実現されると考えられており、実験との比較を行うためにも、有限温度の解析が必須となる。 2次元及び3次元キタエフ模型に対して，有限温度の熱力学量と動的磁気応答を計算した。この模型はジョルダン・ウィグナー変換により相互作用のないマヨラナフェルミオン系とそれと結合する局所Z2変数という形に書き換えることができる。フェルミオン系を厳密対角化し、局所Z2変数の配置をモンテカルロ法によって更新することで、有限温度のシミュレーションをおよそ1000サイトまでのサイズで行った。その結果、比熱に2つのピーク構造を見出した[1,2]。この2つのピークのそれぞれでエントロピーが半分ずつ解放される。これは，量子スピン液体の特徴であるスピンの分数化を反映したものである。3次元系では特に、低温の比熱のピークで相転移を示す。これは高温の常磁性から低温の量子スピン液体へのスピン系の"気液転移"と見なせる。さらに、2次元系において、ラマンスペクトルの温度依存性を計算し、実験結果とよい一致を示すことを見出した[3]。この結果は、現実の物質においても分数化されたフェルミ励起が存在する直接的な証拠となる。加えて、動的スピン構造因子、磁化率、NMR磁気緩和率に対してどのように分数化が現れるかも議論する[4]。 [1] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome: Phys. Rev. Lett. 113, 197205 (2014). [2] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome: Phys. Rev. B 92, 115122 (2015). [3] J. Nasu, J. Knolle, D. L. Kovrizhin, Y. Motome, and R. Moessner: Nat. Phys. nphys3809 (2016). [4] J. Yoshitake, J. Nasu, and Y. Motome: arXiv:1602.05253.

世話人　 速水 賢
（hayami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「Skyrmions, Merons and Monopoles: Topological Excitations in Chiral Magnets」
Avadh Saxena　氏

Apr 28, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Skyrmions, Merons and Monopoles: Topological Excitations in Chiral Magnets
講　師　：　Avadh Saxena　博士
　　　　　Los Alamos National Lab
日　時　：　平成28年4月28日 (木) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)

要　旨　：
Stable topological excitations such as domain walls and vortices are ubiquitous in condensed matter as well as high energy physics and are responsible for many emergent phenomena. In 2009 a new mesoscopic spin texture called skyrmion was discovered experimentally in certain conducting and insulating magnets. It is now believed to exist in Bose-Einstein condensates, 2D electron gases, superconductors, nematic liquid crystals among many other systems. This topological excitation was originally proposed by Tony Skyrme in 1958 in a nonlinear field theory of baryons. In the temperature--‐magnetic field phase diagram of chiral magnets, skyrmions form a triangular lattice in the low temperature and intermediate magnetic field region (in thin films). In metallic magnets, skyrmions can be driven by a spin polarized current while in insulating magnets by magnons. The threshold current density to depin skyrmions is 4 to 5 orders of magnitudes weaker than that for magnetic domain walls. The low depinning current makes skyrmions extremely promising for applications in spintronics. I will first attempt to summarize the experiments and present an overview on skyrmions. Then I will demonstrate how increasing the easy-plane anisotropy results in a transition from a triangular lattice of skyrmions to a square lattice and eventually to merons. The latter are essentially half- skyrmions and with half the topological charge. Finally, I will show that under current driving skyrmions tubes can split or merge at certain points leading to the formation of magnetic monopoles and anti--‐monopoles connected by a Dirac string. “Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometerexperiment” T. Denkmayr, H. Geppert, S. Sponar, H. Lemmel, A. Matzkin,J. Tollaksen, and Y. Hasegawa, quant-ph/1312.3775, Nature Comm. 5:4492doi: 10.1038 / ncomms5492 (2014).

世話人　 丹田 聡

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)

「中性子二重スリット実験における量子チェシャ猫　～ 透明人間それとも幽体分離？ ～」
長谷川 祐司　氏

Feb 08, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　中性子二重スリット実験における量子チェシャ猫　～ 透明人間それとも幽体分離？ ～
講　師　：　長谷川 祐司　博士
　　　　　ウィーン工科大学 Atominsitut
日　時　：　平成28年2月8日 (月) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)

要　旨　：
量子力学は現代技術の基盤理論であり、その予測が高精度に正しいことは多くに実験で立証されたきた。ところが、測定結果にとどまらず、量子系で何が起こっているかといった、量子力学の解釈に関してはいまだに統一的な見解があるとは言い難い。量子力学の予測が確率論的であること、シュレディンガーの猫として知られている逆説的な現象などが、多くの物理学者をも惑わし続けている。今回のセミナーでは、光と違って、貯めたり止めたりすることが可能で、粒子としてイメージしやすい中性子を使った最近の光学実験を紹介する。中性子の干渉とスピンを用いた実験を通して、我々の慣れ親しんでいる世界から直感的には理解しがたい、波動と量子の二重性、不確定性原理、あるいは実在性、局所性や因果律などといった量子力学独特のミスティーに挑戦する。特に、マッハ・ツェンダー干渉計内で中性子とそのスピンがそれぞれのパスに分離する実験を紹介する。この現象は、不思議の国のアリスに出てくる猫にちなんで「量子チェシャ猫」と名付けられている。 “Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometerexperiment” T. Denkmayr, H. Geppert, S. Sponar, H. Lemmel, A. Matzkin,J. Tollaksen, and Y. Hasegawa, quant-ph/1312.3775, Nature Comm. 5:4492doi: 10.1038 / ncomms5492 (2014).

世話人　 丹田 聡

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)

「Overview of two multiferroic systems: RMnO3 and BiFeO3」
Je-Geun Park　氏

Feb 02, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Overview of two multiferroic systems: RMnO3 and BiFeO3
講　師　：　Je-Geun Park　博士
　　　　　Center for Correlated Electron Systems, Institute for Basic Science (IBS), Seoul National University
日　時　：　平成28年2月2日 (火) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 理学部５号館 (5-205室)

要　旨　：
Multiferroic materials that have the coexistence of both magnetic and ferroelectric ground states have drawn significant attention in materials science over the past ten years or so. The underlying origin of this unusual behavior in either naturally occurring materials or artificially synthesized thin films has been a strong enough motivation for material scientists to discover or rediscover new multiferroic materials. Among a long list of multiferroic materials, hexagonal manganites RMnO3 and BiFeO3 are arguably two most interesting multiferroic materials. In particular, BiFeO3 has been extensively investigated for potential applications by virtue of its magnetic and ferroelectric transitions occurring above room temperature: TN=650 K and TC=1050 K. Moreover, it has a very interesting incommensurate magnetic phase transition with an extremely long period of 650 A. On the other hand, the hexagonal manganite materials exhibit a natural two-dimensional triangular lattice, which provide an interesting platform to investigate low dimensional magnetism with a supposedly strong coupling to the ferroelectric order parameter. Over the past few years or so, there have been a multitude of studies done on both compounds. Largely thanks to these extensive studies, we have now come to know extremely details about the physical properties of the two materials. In this talk, I will present our results obtained from high resolution neutron scattering experiments on these two fascinating materials. [1] Seongsu Lee, et al., Nature 451, 805 (2008) [2] Jaehong Jeong, et al., Phys. Rev. Lett. 108, 077202 (2012) [3] Joosung Oh, et al., Phys. Rev. Lett. 111, 257202 (2013) [4] Jaehong Jeong, et al., Phys. Rev. Lett. 113, 107202 (2014) [5] [Topical Review] Je-Geun Park, et al., J. Phys.: Condens. Matter 26, 433202 (2014) [6] [Invited feature article] Hasung Sim, Joosung Oh, Jaehong, Jeong, Manh Duc Le, and Je-Geun Park, Acta. Crystallog. B (in press): arXiv:1511.04181

世話人　 網塚浩
（amiami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「Subgap states in disordered superconductors with strong magnetic impurities」
Yakov V. Fominov　氏

Jan 18, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Subgap states in disordered superconductors with strong magnetic impurities
講　師　：　Yakov V. Fominov　博士
　　　　　L. D. Landau Institute for Theoretical Physics
日　時　：　平成28年1月18日 (月) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)

要　旨　：
We study the density of states (DOS) in diffusive superconductors with point-like magnetic impurities of arbitrary strength described by the Poissonian statistics. The mean-field theory predicts a nontrivial structure of the DOS with the continuum of quasiparticle states and (possibly) the impurity band. In this approximation, all the spectral edges are hard, marking distinct boundaries between spectral regions of finite and zero DOS. Considering instantons in the replica sigma-model technique, we calculate the average DOS beyond the mean-field level and determine the smearing of the spectral edges due interplay of fluctuations of potential and non-potential disorder. The latter, represented by inhomogeneity in the concentration of magnetic impurities, affects the subgap DOS in two ways: via fluctuations of the pair-breaking strength and via induced fluctuations of the order parameter. In limiting cases, we reproduce previously reported results for the subgap DOS in disordered superconductors with strong magnetic impurities.

世話人　 浅野　泰寛
（asano@eng.hokudai.ac.jp）
北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)