田村と桂は、一体のエネルギースペクトルの最低エネルギーに縮退がある SU(N ) Hubbard 模型を考え、平坦バンド強磁性の一般論を確立した。その結果、一体の最低エネルギー状態への射影行列がある
種の既約性を満たすことが、SU(N ) 強磁性の発現の必要十分条件であることが証明された。さらにこの結果が、SU(N ) 強磁性近藤格子模型にも適用可能であることを見出した。具体的には一体のエネルギー
スペクトルに縮退があるような SU(N ) 近藤格子模型を考える。この時、上述の射影行列の既約性が満たされ、かつ一体の最低エネルギー固有状態全体が考えている格子を覆える場合に SU(N ) 強磁性が現れる
ことが厳密に証明された。これらの結果は原著論文[2] にまとめられた。

1 2023 年度 研究活動
報告
1.1

桂研究室

物性理論・統計力学の基礎的な問題に関する理論的研究を行っている。特に、相関の強い多体系における創発的な物性の解明および予言を目指している。
またこれらの系に対して、平均場近似などの従来的な手法や、場の理論的手法、数値的対角化などを組み合わせて多角的にアプローチしている。同時に、平衡および非平衡量子多体系や可解模型に関する数理
物理学的研究も行っている。

1.1.1

SU(N ) Hubbard 模型における resonating-ﬂavorsinglet 状態
Hubbard 模型における厳密な結果として、長岡の定理が古くから知られている。この定理の帰結である長岡強磁性とは、オンサイト斥力が無限大の系にひとつホールを導入した場合に、基底状態が強磁性になることを指す。通常のホッピングの符号が正のHubbard 模型に対しては、この定理は格子が二部グ
ラフでない場合には適用できない。しかしこのような二部グラフでない格子上の Hubbard 模型に対しても、ある種のクラスの格子については厳密な結果を得ることができる。SU(2) Hubbard 模型については、例えばデルタ鎖や伏見カクタスと呼ばれる格子上の基底状態がスピン一重項であり、resonatingvalence-bond (RVB) 状態であることを示すことができる [K.-S. Kim, Phys. Rev. B 107, L140401(2023)]。
Kim (Stanford 大) と桂は、この結果を SU(N ) Hubbard 模型に拡張した。具体的には、connectivity condition と呼ばれる条件を満たす N サイトの部分グラフからなるツリー状のグラフを考えた場合、基底状
態が SU(N ) 一重項であり、SU(2) の場合の RVB 状
態の自然な拡張 (resonating ﬂavor singlet 状態) であることを、Perron-Frobenius の定理などを用いて明らかにした。また、この結果は SU(N ) t-J 模型やその拡張に対しても、同様に成立することを明らかにした。これらの結果は、国際学会 [35] で発表されたほか、原著論文 [8] にまとめられた。

強相関系

SU(N ) Hubbard 模型および近藤格子模型における平坦バンド強磁性の一般論
近年、冷却原子系の実験技術の向上により様々な量子系のシミュレーションが可能となっている。冷
却原子系を用いることで、従来知られていた模型のシミュレーションができるだけでなく、これまで物
質中には見られなかったような系も実現可能である。
そのような系のひとつに、光学格子中の SU(N ) 対称性を持つ N 成分フェルミオン系がある。この系はSU(N ) Hubbard 模型でよく記述され、これは固体中の強相関電子系を記述する SU(2) Hubbard 模型の一般化とみなせる。冷却原子系を用いた SU(N ) 対称なフェルミオン系の実現を契機に、SU(N ) Hubbard
模型への理論的な関心も増しており、新奇な相を示すことなどが期待されている。
一方で、SU(N ) Hubbard 模型の解析は一般に困難であり、特に数学的に厳密な結果に注目すると、SU(2) Hubbard 模型と比較してもそのような結果は少数に限られている。例えば SU(2) Hubbard 模型で知られている厳密な結果の一つに、平坦バンド強磁性が挙げられる。平坦バンドとは巨視的な縮退を持つ一体のエネルギースペクトル構造のことを指し、平坦バンド強磁性とはこの巨視的な縮退に由来して、多体系の基底状態が強磁性を示すことである。特にSU(2) の場合、一般的な平坦バンドを持つ Hubbard
模型の強磁性に関する一般論が確立されており、強磁性を示すための必要十分条件が得られていた。しかしこれに対応する SU(N ) Hubbard 模型における平坦バンド強磁性の一般論は確立されていなかった。

1.1.2

トポロジカル磁性

空間反転対称な遍歴磁性体におけるスカラースピン
カイラリティの光制御
磁気スキルミオンをはじめとする非共面的・非共線的なスピンテクスチャとその創発磁場がもたらす新
奇物性が広く関心を集めている。そのような磁気構
造はスカラースピンカイラリティ等で特徴付けられ、
空間反転対称性のない系で存在する Dzyaloshinskii-

11.1. 桂研究室

1. 2023 年度 研究活動報告

光照射

③
①

①

④

①

②
④

③

④
②

①

②

①

③

④

③

③

②

④
②

図 1.1.2: 強磁性金属相への光照射で誘起されるスカ
ラースピンカイラル状態
図 1.1.1: 伏見カクタス上のホールと SU(3) 一重項のいう物質に対して行われてきた。しかし、トリプロ
ンの熱ホール効果はいまだに観測されていない。
そこで、江崎・赤城・桂は新たな候補物質としてトリプロンの Bose 凝縮や電気磁気効果の観点から注目されてきた量子ダイマー磁性体 XCuCl3 (X =Tl, K) の Bose 凝縮相を対象に、トリプロンの熱ホール効果の可能性を探索した。その結果、電場が 0 の時には対称性から熱ホール効果が生じないが、電場がその対称性を破ることで、観測可能な大きさの熱ホール効果を誘起できることを見出した。また、電場の向きや大きさを変化させることで、熱ホール流の向きや大きさを制御できることも見出した。これ
らの成果は、国際学会 [22, 27, 29, 30, 33] および国内学会 [60] で発表されたほか、プレプリント [9] にまとめられた。また、江崎は、これらの結果を修士論文としてまとめた [10]。

配置の例
守谷相互作用等の反対称相互作用によって安定化されることが知られている。また、空間反転対称性を持つ磁性体においても、幾何学的フラストレーショ
ンやフェルミ面の不安定性に起因してスキルミオン
結晶相やスカラースピンカイラル相が現れることが示されている。近年、これらのスピンテクスチャの光制御の可能性についても盛んに議論されており、レーザー光の加熱効果を利用したスキルミオン生成
等が提案・報告されている。しかしながら、これらの多くは反対称相互作用の存在が本質的であり、空間反転対称性を持つ系におけるスピンテクスチャの光制御に関する研究はほとんどなされていない。
赤城と小野 (東北大) は、空間反転対称性を持つ三角格子上の強磁性近藤格子模型において、テラヘル
ツ電場の印加によって誘起される実時間ダイナミク
スの数値解析を行った。ここで、ハミルトニアンは伝導電子のホッピング項ならびに伝導電子と古典局
在スピンの間の強磁性交換相互作用項のみからなり、
外部電場は伝導電子系のパイエルス位相として取り入れられる。結果として、強磁性金属相の基底状態
を初期状態として直流電場を印加した場合は、およ
そ数百フェムト秒に相当する時間スケールで強磁性秩序が融解し、その後数ピコ秒でスカラースピンカ
イラル状態 [図 1.1.2 参照] や 120 度ネール状態が現れることが見出された。また、この非平衡スカラー
カイラル状態においては、カイラリティの符号が円偏光の左右によって制御できることも明らかになった。これらの非平衡状態における磁気構造は、電場により駆動された電子の非平衡分布によって安定化され、反対称相互作用を必要としない。このことは、
空間反転対称な遍歴磁性体がスピンテクスチャの高速光制御の有望な舞台となる可能性を示唆している。
これらの成果は論文 [3] にまとめられた。

1.1.3

散逸のある量子多体系

開放量子多体系における定常状態の一意性
開放量子系とは、外部の環境と相互作用する系である。外部との相互作用は系に散逸を引き起こし、十分時間が経つと、系は定常状態に落ち着く。定常状態の性質は、開放量子系における最も基本的な性質のひとつである。中でも、定常状態の縮退度は様々
な先行研究によって調べられており、例えば系の対称性によって定常状態に縮退が出ることが知られている。一方で、定常状態が一意であるための条件には未解明な点が残っている。
そこで吉田は、定常状態が一意であるための十分
条件と、その証明を与えた。この十分条件は先行研究と比較し、定常状態に対する事前の知識を必要としないことや、証明は先行研究と比べて簡単であり、初等的な線形代数の知識で理解できるといった利点がある。また、この十分条件の有用性を示すために、散逸のある横磁場 Ising 模型や XYZ 模型、tight-binding
模型といった量子多体系の典型的な例に対する応用も示した。これらの結果は国際学会 [13, 26, 28] および国内学会 [44, 46, 58] で発表されたほか、原著論文[7] にまとめられた。

量子ダイマー磁性体における電場誘起のトリプロンの熱ホール効果
近年、磁性体における熱ホール効果がマグノンな
どの素励起の性質の探索、特にバンド構造のトポロ
ジーの検出に有用であることから注目集めている。
量子ダイマー磁性体においても、トリプロン励起由来の熱ホール効果の理論提案が主に SrCu2 (BO3 )2 と2

1. 2023 年度 研究活動報告

1.1. 桂研究室とができた。これらの模型のハミルトニアンは、三体相互作用のひとつであるスカラースピンカイラリ
ティを含む。またより高次の相互作用を含む模型を無限に構成できることを明らかにした。第二の方法
では、1 次元と 2 次元の両方でスカラースピンカイ
ラリティを含むスピン 1 模型の大きなクラスを構築することができた。さらに、この方法で構成した模型の中には複数個の QMBS を持つものがあり、それらの QMBS を初期状態とするダイナミクスは熱平
衡状態に緩和せず、周期的に振動する振る舞いを示すことを明らかにした。これらの結果は、国際学会[17, 32, 39] および国内の学会・研究会 [48, 54, 65] で発表されたほか、原著論文 [4] にまとめられた。

非エルミートなフェルミオン 2 次形式のジョルダン
分解
非エルミートなフェルミオン 2 次形式は、散逸のある自由フェルミオン系のダイナミクスを記述する
際に自然に現れるもので、一見単純に見えるが、その非エルミート性に由来して高次の例外点など非自明な構造を持ちうる。このような非エルミートなフェ
ルミオン 2 次形式が、どのようなジョルダンブロックに分かれるかということに関して、Prosen による予想 [T. Prosen, J. Stat. Mech. 2010 P07020 (2010)]があったが、この予想の厳密な証明はなかった。
北浜と吉田、桂は、豊田 (Texas A & M 大学) と、
この Prosen の予想を証明した。証明の鍵となるのは、非エルミートなフェルミオン 2 次形式のべき零部分が sl2 リー代数の生成子のひとつとみなせる点である。このリー代数を閉じる残りの二つの演算子を明示的に構成することで、固有空間の次元、すなわ
ちジョルダンブロックの数を sl2 代数の既約表現の次元に関連づけることができる。より一般的に、組合せ論における既知の結果を適用することで、広義固有空間の次元を q-二項係数の係数を用いて明示的に得ることができる。これらの結果は散逸系に限らず、非エルミートなフェルミオン 2 次形式一般に広く適用可能である。例えば、（ランダムポテンシャルのない）片方向 Hatano-Nelson 模型の多体のハミル
トニアンのジョルダン分解にも直接適用できる。こ
れらの成果は、国際学会 [15, 19, 24, 25, 31, 43] および 国内学会 [47, 64] で発表されたほか、論文 [5] にまとめられた。

1.1.4

＜受賞＞

[1] Hironobu Yoshida: Uniqueness of the steady statein various GKSL equations, Best Poster Award,
PHYSICS OF OPEN SYSTEMS AND BEYOND,
Satellite Meeting of STATPHYS28＜報文＞(原著論文)[2] Kensuke Tamura and Hosho Katsura: Flat-band
ferromagnetism in the SU(N ) Hubbard and Kondo
lattice models, J. Phys. A 56, 395202 (2023).
[3] Atsushi Ono and Yutaka Akagi: Photocontrol ofspin scalar chirality in centrosymmetric itinerantmagnets, Phys. Rev. B 108, L100407 (2023).
[4] Kazuyuki Sanada, Yuan Miao, and Hosho Katsura: Quantum many-body scars in spin models
with multibody interactions, Phys. Rev. B 108,
155102 (2023).

数理物理学・統計力学[5] Shunta Kitahama, Hironobu Yoshida, Ryo Toyota, and Hosho Katsura: Jordan Decompositionof Non-Hermitian Fermionic Quadratic Forms, J.
Stat. Mech. 2024, 013101 (2024).

多体相互作用を持つスピン鎖における量子多体傷跡状態
孤立量子多体系における熱化 (もしくは平衡化) の問題は、ミクロな量子力学とマクロな統計力学を繋ぐ非常に重要な問題として、長年精力的に調べられている。可積分系や多体局在系、ヒルベルト空間の断片化といった特別な構造を持たない通常の量子多体系の熱化過程は、全てのエネルギー状態が熱的状態であるという仮説 (固有状態熱化仮説) をもとに説明されていた。ところが、そのような特別な構造を持たない量子多体系であっても、量子多体傷跡状態 (Quantum Many-Body Scars; QMBS) と呼ばれる非熱的状態を持つ系が存在することが実験的・理論的に示され、現在活発に研究されている。
真田と桂は Yuan Miao (IPMU) とともに、QMBSを持つ系を系統的に構成する方法を二つ提案した。
ひとつは可積分境界状態とよばれる可積分系の奇数
次の保存量の固有状態を利用する方法であり、もうひ
とつは制限スペクトル生成代数のような既存の方法の拡張に基づく方法である。最初の方法により、フラストレーションフリー系の典型例である MajumdarGhosh 模型や Aﬄeck-Kennedy-Lieb-Tasaki 模型の基底状態が QMBS として現れる模型を構成するこ[6] Md. Maruf Hossain, Nanse Esaki, and Hirofumi
Sakai: All-optical three-dimensional orientation ofasymmetric-top molecules with combined linearlyand elliptically polarized two-color laser ﬁelds,
Phys. Rev. A 108, 063109 (2023).
[7] Hironobu Yoshida: Uniqueness of steady statesof Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad equations: a simple proof, Phys. Rev. A 109, 022218(2024).
[8] Kyung-Su Kim and Hosho Katsura, Exact holeinduced SU (N ) ﬂavor singlets in certain U = ∞SU (N ) Hubbard models, Phys. Rev. Research 6,013307 (2024).
[9] Nanse Esaki, Yutaka Akagi, and Hosho Katsura:
Electric ﬁeld induced thermal Hall eﬀect of triplonsin the quantum dimer magnets XCuCl3 (X =Tl,K), Preprint (2023). arXiv:2309.12812(学位論文)

3

1.1. 桂研究室

1. 2023 年度 研究活動報告[10] 江崎蘭世: Theoretical Studies of the Electric Field
Induced Thermal Hall Eﬀect in Quantum Dimer
Magnets (修士論文).

[22] Nanse Esaki (Yutaka Akagi, Hosho Katsura): Electric ﬁeld controllable thermal Hall eﬀect of triplonsin the quantum dimer magnets XCuCl3 (X = Tl,K), International Conference on Quantum Liquid
Crystals 2023 (QLC2023), Hokkaido, Aug. 2023.

[11] 野下隼: 複数の欠陥がある自由フェルミオン鎖でのエンタングルメントエントロピー (修士論文).

[23] Yuki Amari (Yutaka Akagi, Sven Bjarke Gudnason, Muneto Nitta, Yakov Shnir): Realization ofspin nematic Skyrmion crystals in cold atom systems, International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023), Hokkaido, Aug.
2023.

[12] 真田兼行: Construction of Quantum Many-Body
Scars in Spin Models with Multibody Interactions(博士論文).
(著書)＜学術講演＞[24] Shunta Kitahama: Generalized eigenstates of
non-Hermitian quadratic Majorana Hamiltonians,
Non-Hermitian Topology: from Classical Optics to
Quantum Matter, Dresden, Germany, Aug. 2023.

(国際会議)
一般講演[25] Shunta Kitahama:
General theory of nonHermitian quadratic Majorana Hamiltonians,
STATPHYS28 Satellite Meeting: Physics of Open
Systems and Beyond, Hokkaido, Aug. 2023.

[13] Hironobu Yoshida: The uniqueness of the steadystate solution of the Lindblad equation, OpenQMBP2023: New perspectives in the out-ofequilibrium dynamics of open many-body quantum
systems, Paris, France, June 2023.

[26] Hironobu Yoshida: Uniqueness of the steady statein various GKSL equations, STATPHYS28 Satellite Meeting: Physics of Open Systems and Beyond, Hokkaido, Aug. 2023.

[14] Hironobu Yoshida: Exact analysis of the Liouvillian gap for the SU(N ) Fermi-Hubbard model with
two-body loss, OpenQMBP2023: New perspectives
in the out-of-equilibrium dynamics of open manybody quantum systems, Paris, France, June 2023.

[27] Nanse Esaki (Yutaka Akagi, Hosho Katsura): Electric ﬁeld controllable thermal Hall eﬀect of triplonsin quantum dimer magnets XCuCl3 (X = Tl,
K), The 14th APCTP Workshop on Multiferroics,
Tokyo, Oct. 2023.

[15] Shunta Kitahama: Jordan Decomposition of NonHermitian Fermionic Quadratic Forms, OpenQMBP2023: New perspectives in the out-ofequilibrium dynamics of open many-body quantum
systems, Paris, France, June 2023.

[28] Hironobu Yoshida:
Uniqueness of the nonequilibrium steady state in open quantum manybody systems, International Symposium on Quantum Electronics, Tokyo, Feb. 2024.

[16] Hosho Katsura (Dirk Schuricht): Constructing
frustration-free models via Witten’s conjugation,
StatPhys28, Tokyo, Aug. 2023.

[29] Nanse Esaki (Yutaka Akagi, Hosho Katsura): Theoretical studies of the electric ﬁeld induced thermal
Hall eﬀect in the quantum dimer magnets XCuCl3(X = Tl, K), International Symposium on Quantum Electronics, Tokyo, Feb. 2024.

[17] Kazuyuki Sanada (Yuan Miao, Hosho Katsura):
Quantum many-body scars in spin models withmulti-body interactions, StatPhys28, Tokyo, Aug.
2023.

[30] Nanse Esaki (Yutaka Akagi, Hosho Katsura): Theoretical studies of the electric ﬁeld induced thermal
Hall eﬀect in the quantum dimer magnets XCuCl3(X = Tl, K), CEMS Symposium on Emergent
Quantum Materials 2024, Tokyo, Feb. 2024.

[18] Hironobu Yoshida (Hosho Katsura): Liouvillian
gap and single spin-ﬂip dynamics in the dissipative
Fermi-Hubbard model, StatPhys28, Tokyo, Aug.
2023.
[19] Shunta Kitahama (Ryo Toyota, Hironobu Yoshida,
Hosho Katsura): General theory of non-Hermitian
quadratic Majorana Hamiltonians, StatPhys28,
Tokyo, Aug. 2023.

[31] Shunta Kitahama: Jordan Decomposition of NonHermitian Fermionic Quadratic Forms, Quantum
Simulators, Paris, France, Feb. 2024.
[32] Kazuyuki Sanada (Yuan Miao, Hosho Katsura):
Quantum Many-Body Scars Constructed from Integrable Boundary States, APS March Meeting
2024, Minneapolis, USA, Mar. 2024.

[20] Shoichi Tsubota (Hong Yang, Yutaka Akagi,
Hosho Katsura) : Symmetry-protected quantization of complex Berry Phases in non-Hermitian
many-body systems, StatPhys28, Tokyo, Aug.
2023.

[33] Nanse Esaki (Yutaka Akagi, Hosho Katsura): Electric ﬁeld induced thermal Hall eﬀect of triplonsin the quantum dimer magnets XCuCl3 (X =Tl,K), APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA,
Mar. 2024.

[21] Yutaka Akagi: Topological magnetism in quantum
spin-nematics, International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023), Hokkaido,Aug. 2023.

4

1. 2023 年度 研究活動報告

1.1. 桂研究室[47] 北濱駿太, 桂法称, 吉田博信, 豊田遼: 非エルミート
自由フェルミオン系の例外点の構造, 日本物理学会第78 回年次大会, 2023 年 9 月, 東北大学.

[34] Masaya Kunimi (Takafumi Tomita, Hosho Katsura, Yusuke Kato): Proposal for realizing quantum spin models with Dzyaloshinskii-Moriya interaction using Rydberg atoms, APS March Meeting
2024, Minneapolis, USA, Mar. 2024.

[48] 真田兼行, 桂法称: 多体相互作用を持つスピン模型における量子多体傷跡状態, 日本物理学会第 78 回年次大会, 2023 年 9 月, 東北大学.

[35] Kyung-Su Kim (Hosho Katsura): Exact holeinduced resonating-valence-bonds in certain inﬁnite U Hubbard models, APS March Meeting 2024,
Minneapolis, USA, Mar. 2024.

[49] 尾崎壮駿, 桂法称: 乱れのない Sachdev-Ye-Kitaev 模型のダイナミクス, 日本物理学会第 78 回年次大会,
2023 年 9 月, 東北大学.

[36] Jong-Yeon Lee (Haruki Watanabe, Hosho Katsura): Spontaneous breaking of U(1) symmetry atzero temperature in one dimension, APS March
Meeting 2024, Minneapolis, USA, Mar. 2024.

[50] 國見昌哉, 富田, 桂法称, 加藤雄介: Rydberg 原子系で実現する Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用を有する
量子スピン系での量子多体傷跡状態, 日本物理学会第78 回年次大会, 2023 年 9 月, 東北大学.

[37] Nic Shannon (Leilee Chojnacki, Rico Pohle, Han
Yan, Yutaka Akagi): Gravitational wave analogues
in spin nematics and cold atoms, APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA, Mar. 2024.

[51] 羽田野直道, 桂法称, 川畑幸平: ベーテ格子上の非エルミート系における量子輸送, 日本物理学会第 78 回
年次大会, 2023 年 9 月, 東北大学.
[52] Myles Scollon, Masaki Oshikawa, Hosho Katsura:Spin dynamics near the ﬁeld-induced gap-closing
transition in 1D magnets - II, 日本物理学会第 78 回
年次大会, 2023 年 9 月, 東北大学.

[38] Hosho Katsura (Soshun Ozaki): Disorder-free
Sachdev-Ye-Kitaev models, Exactly Solved Models and Quantum Computing, Leiden, Netherlands,
Mar. 2024.
招待講演[53] 赤城裕: Generalized Skyrmions in spin-1 quantum
magnets, ipi 知の物理学研究センター×ダイキン シ
ンポジウム, 2023 年 10 月, 東京大学.

[39] Hosho Katsura: Algebraic construction of quantum many-body scars, Periodically and quasiperiodically driven complex systems, Bangalore, India, June 2023.

[54] 真田兼行: 可積分境界状態に紐づいた量子多体傷跡状
態, ipi 知の物理学研究センター×ダイキン シンポジ
ウム, 2023 年 10 月, 東京大学.
[55] 赤城裕: CP 2 triple-Q state in the SU(3) Kondo
lattice model, 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会, 2023 年 12 月, 東京大学.

[40] Yutaka Akagi: Topological textures and CP 2
Skyrmion crystals in quantum spin-nematics, The
13th International Conference on Metamaterials,
Photonic Crystals and Plasmonics [META 2023],
Paris, France, July 2023.

[56] 甘利悠貴 (赤城裕, Sven Bjarke Gudnason, 新田宗土, Yakov Shnir): Skyrmion crystals with spinnematic order in SU(3) chiral magnets, 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会, 2023 年
12 月, 東京大学.

[41] Hosho Katsura: Integrable dissipative spin chainsand ladders, Workshop on exactly solvable models
of open quantum systems, Moscow, Russia (and online), Sept. 2023.

[57] Nic Shannon (Leilee Chojnacki, Rico Pohle, Han
Yan, 赤城裕): Gravitational wave analogues inquantum liquid crystals, 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会, 2023 年 12 月, 東京大学.

[42] Hosho Katsura: Integrable SYK models, ExUYITP Workshop on Condensed Matter Physics andQuantum Information, Kyoto, Japan, Sept. 2023.

[58] 吉 田 博 信: Uniqueness of the non-equilibrium
steady state in open quantum many-body systems,
The 2nd young researchers’ workshop of the Extreme Universe Collaboration, 2024 年 2 月 滋賀.

[43] Hosho Katsura: Jordan blocks of non-Hermitian
quadratic Hamiltonians, Random Operators andRelated Topics, Sendai, Japan, Oct. 2023.

[59] 小野淳, 奥村駿, 今井渉平, 赤城裕: スピンスカラーカ
イラル状態における高次高調波発生, 日本物理学会,
2024 年 3 月, オンライン.

(国内会議)
一般講演[60] 江崎蘭世, 赤城裕, 桂法称: XCuCl3 (X =Tl, K) の
BEC 相におけるトポロジカルトリプロンの熱ホール効果の理論, 日本物理学会, 2024 年 3 月, オンライン.

[44] 吉田博信: Lindblad 方程式における定常状態の一意性, アトムの会, 2023 年 8 月, 名古屋.
[45] 赤城裕: SU(3) 近藤格子模型における CP 2 triple-Q
state, 日本物理学会第 78 回年次大会, 2023 年 9 月,
東北大学.

[61] 尾崎壮駿, 桂法称: 乱れのない Sachdev-Ye-Kitaev 模型の有限温度ダイナミクス, 日本物理学会, 2024 年 3月, オンライン.

[46] 吉田博信: 様々な Lindblad 方程式における定常解の一意性, 日本物理学会第 78 回年次大会, 2023 年 9 月,
東北大学.

[62] 國見昌哉, 富田隆文, 桂法称, 加藤雄介: Rydberg 原子系で実現する Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用を有する量子スピン系での漸近的量子多体傷跡状態, 日本
物理学会, 2024 年 3 月, オンライン.

51.1. 桂研究室

1. 2023 年度 研究活動報告[63] Myles Scollon, Masaki Oshikawa, Hosho Katsura: Spin Dynamics Near the Field-Induced GapClosing Transition in 1D Magnets - III, 日本物理学会, 2024 年 3 月, オンライン.
[64] 北濱駿太, 吉田博信, 豊田遼, 桂法称: 非エルミート
自由フェルミオン系の例外点の構造, 計算物理春の学校, 2024 年 3 月, 沖縄市町村自治会館.
招待講演[65] 桂法称: 量子多体傷跡状態と関連する話題, 熱場の量子論とその応用, 2023 年 8 月, 高エネルギー加速器研
究機構.
(セミナー)[66] Hosho Katsura: Duality, criticality, topology, andintegrability in quantum spin-1 chains, 統計力学セ
ミナー, 2023 年 5 月, 東京大学.
[67] Hironobu Yoshida: Liouvillian gap and single spinﬂip dynamics in the dissipative Fermi-Hubbard
model, 生産技術研究所・羽田野研セミナー, 2023 年
5 月, 東京大学.
[68] Hironobu Yoshida: The uniqueness of the steadystate solution of the Lindblad equation, Quantum
seminar, 2023 年 7 月, LPTMS - Université ParisSaclay.
[69] 吉田博信: GKSL マスター方程式における定常解の一意性, 2023 年 11 月, 芝浦工業大学.
[70] Yutaka Akagi: CP 2 triple-Q state in the SU(3)Kondo lattice model, 2024 年 3 月, Okinawa Institute of Science and Technology[71] Hosho Katsura: Frustration-free systems and beyond, LPTMS seminar, 2024 年 3 月, LPTMS Université Paris-Saclay.

6

1. 2023 年度 研究活動報告

1

1. KATSURA GROUP

Katsura Group

Research Subjects: Condensed Matter Theory and Statistical Physics
Member: Hosho Katsura and Yutaka Akagi
In our group, we study various aspects of condensed matter and statistical physics. In particular, ourresearch focuses on strongly correlated many-body systems in and out of equilibrium, which would give rise
to a variety of novel phases. We study theoretically such systems, with the aim of predicting intriguing
quantum phenomena that have no counterpart in weakly interacting systems and cannot be understoodwithin standard approaches. Our work involves a combination of analytical and numerical methods. We
are currently interested in (i) magnetism in Fermi Hubbard models, (ii) topological magnetism, (iii) open
quantum many-body systems, and (iv) non-ergodic dynamics in non-integrable systems. In addition, we arealso interested in the mathematical aspects of the above-mentioned ﬁelds. Our research projects conductedin FY 2023 are the following:• Magnetism in SU(N ) Hubbard models– Flat-band ferromagnetism in the SU(N ) Hubbard and Kondo lattice models [1]– Hole-induced SU(N ) ﬂavor singlets in certain inﬁnite-U SU(N ) Hubbard models [2]• Topological magnetism– Photocontrol of scalar spin chirality in centrosymmetric itinerant magnets [3]– Electric ﬁeld induced thermal Hall eﬀect of triplons in quantum dimer magnets [4]• Open quantum many-body systems– Uniqueness of steady states of Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad equations [5]– Jordan decomposition of quadratic open fermionic systems [6]• Mathematical and statistical physics– Quantum many-body scars in spin models with multibody interaction [7]– Spontaneous breaking of U(1) symmetry at zero temperature in one dimension [8][1] K. Tamura and H. Katsura, J. Phys. A 56, 395202 (2023).
[2] K-S. Kim and H. Katsura, Phys. Rev. Research 6, 013307 (2024).
[3] A. Ono and Y. Akagi, Phys. Rev. B 108, L100407 (2023).
[4] N. Esaki, Y. Akagi, and H. Katsura, Preprint, arXiv:2309.12812 [cond-mat.mes-hall] (2023).
[5] H. Yoshida, Phys. Rev. A 109, 022218 (2024).
[6] S. Kitahama, H. Yoshida, R. Toyota, and H. Katsura, J. Stat. Mech. 2024, 013101 (2024).
[7] K. Sanada, Y. Miao, and H. Katsura, Phys. Rev. B 108, 155102 (2023).
[8] H. Watanabe, H. Katsura, and J. Y. Lee, Preprint, arXiv:2310.16881 [cond-mat.stat-mech] (2023).

7