物性理論研究部門
Division of Condensed Matter Theory
当部門では、実験系研究室とも協力しつつ、現代の凝縮系物理学、統計物理学、物質科学の最先端の問題について、微視的な見地から活発な理論研究が行われている。その目標は、実験結果の理論的解明、またそれを通じた相互作用する多体系の運動を捉える新概念の開拓、そして、物質の本質を捉えた有用なモデルの提案、さらには興味ある新現象の予言である。研究対象としては、量子スピン系や強相関電子系における量子相転移や量子臨界現象、重い電子系、様々な物質における超伝導、フラストレーション系、表面での動的過程や触媒作用、そして、メソスコピック系における量子輸送や相互作用の問題など、多様である。これらの対象にアプローチする手法も多彩であり、トポロジーなどの数学概念に基づく現代的手法、場の量子論に基づく多体摂動理論、密度汎関数理論に基礎を置く最先端の第一原理計算や量子モンテカルロ法などの大規模数値計算手法等、各研究者がそれぞれ得意とするものを中心として研究を進めている。このように、部門全体としては、現代の最先端の問題と手法をいずれも幅広くカバーしている。

This Division conducts vigorous theoreticalresearch from a microscopic point of view at theforefront of contemporary condensed matter physics,
statistical physics, and materials science, also incollaboration of experimental groups. Its goals include
theoretical elucidations of experimental results,
developments of new concepts describing collective
behavior of interacting systems, useful theoreticalmodeling of materials, and predictions of novel
interesting phenomena. The topics in recent researchspan diverse areas as quantum phase transitions andcritical phenomena in quantum spin systems andstrongly correlated electron systems, heavy-fermion
physics, superconductivity in various materials,
frustrated systems, dynamic processes and catalysis at
surfaces, and quantum transport and interactions inmesoscopic conductors. A wide variety of methods,
including modern approaches based on mathematicalconcepts such as topology, quantum field theory, andlarge-scale state-of-the-art computational approaches
such as quantum Monte Carlo simulations andab-initio calculation of electronic structures based on
the density functional theory, are utilized to investigate these problems. As a whole, this Division andrelated theory groups cover a wide range of topics
and approaches in the cutting-edge condensed mattertheory.

教

授

常次宏一

教

授 *1

押川正毅

Research Associate

SAKANO, Rui

教

授 *2

OSHIKAWA, Masaki

杉野加藤

Professor
Professor
Professor

准教授

Associate Professor

藤井達也

阪野塁

教

池田達彦

助

教 *1

多田靖啓

助

教 *2

春山

潤助

教

助

教

修助

岳生

TSUNETSUGU, Hirokazu

SUGINO, Osamu
KATO, Takeo

Research Associate

Research Associate
Research Associate
Research Associate

FUJII, Tatsuya

IKEDA, Tatsuhiko

特任研究員

玉谷知裕

特任研究員 *2

山本良幸

ヤンレイ

Project Researcher
Project Researcher

特任研究員 *2

Project Researcher

TADA, Yasuhiro
HARUYAMA, Jun*1 所内兼務。本務は量子物質研究グループ。 / concurrent with Quantum Materials Group*2 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。 / concurrent with Functional Materials Group21
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

TAMAYA, Tomohiro
YAMAMOTO, Yoshiyuki
YAN, Lei

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/tsunetsugu_group.html

常次研究室

常次宏一

池田達彦

TSUNETSUGU, Hirokazu IKEDA, Tatsuhiko教授

Tsunetsugu Group

Professor

遷移金属化合物、希土類 ･アクチノイド化合物などの電子助教

Research Associate藤井達也

FUJII, Tatsuya

助教

Research Associate

Strongly correlated electron systems, particularly compounds
including d- or f-orbital electrons, are the main subjects of ourresearch. In these systems where electron-electron interactions
are very strong, a variety of interesting phenomena emerge at
low temperatures, and various magnetic orders, unconventional
superconductivity and density waves are typical cases.
Targets of our recent study include novel types of quantum
order and quantum fluctuations in frustrated spin and strongly
correlated electronic systems with multiple degrees of freedom.
In these systems, many soft modes of fluctuations are coupled,and this affects the nature of quantum phase transitions, as wellas electronic states and dynamical properties including transport phenomena. One of our recent achievements is about anantiferromagnetic order in a quasicrystal in two dimensions.
Magnetic moments exhibit a unique fractal spatial pattern thatreflects the self-similarity of the crystal structure.

間クーロン相互作用が強い強相関電子系の物性の理論を研究している。クーロン相互作用が強い系においては、低温において興味深い磁性状態や異方的超伝導、密度波などの多種多様な物性が出現する。これらの複雑な物性の統一的な理解を目標とするとともに新しい現象の発見を目指している。
主に研究しているテーマは、強磁性超伝導体やフラストレーション系などのスピン・電荷・軌道の複合自由度を持つ系における新しいタイプの量子秩序や量子ゆらぎである。これらの系に特有の、多くのモードの揺らぎが結合している場
合における秩序と臨界現象の特徴、電子状態や輸送現象をはじめとするダイナミクスがどのような影響を受けるのかを調べている。最近の成果として、準周期的構造を持つ反強磁性体の磁気モーメントの秩序構造を調べ、結晶格子の自己相似性を反映した特異なフラクタル的空間パターンが現れることを発見した。

二次元ペンローズ格子上の half filled ハバード模型の基底状態の反強磁性秩序の磁区。フラクタル構造を示している。

Magnetic domains in the antiferromagnetic
order of the half-filled Hubbard model on thetwo-dimensional Penrose lattice at zero temperature. Domains show a fractal structure.

研究テーマ Research Subjects
1.   d 電子、f 電子化合物など強相関電子系の電子状態
Electronic states of strongly correlated systems with d- or f-electrons
2. フラストレーション系の統計力学
Statistical physics of frustrated systems  
3. 量子磁性体の新奇量子相の理論
Theory of novel phases in quantum magnets
4. 強相関電子系における異方的超伝導
Unconventional superconductivity in strongly correlated electron systems

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Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kato_group.html

加藤研究室

加藤岳生

KATO, Takeo

Kato Group准教授

Associate Professor

ナノスケール素子の量子輸送特性について、さまざまな手阪野塁

SAKANO, Rui

助教

Research Associate

We are theoretically studying quantum transport in nanoscale devices using analytic and numerical approaches. This
research field is called ‘mesoscopic physics’, which has beenstudied for long time by focusing on quantum mechanicalnature of electrons. Recently, mesoscopic physics based on
new viewpoints, for instance, nonequilibrium many-bodyphenomena, shot noise, high-speed drive phenomena, andspintronics, has been studied. We aim to elucidate these
phenomena, by exploiting nonequilibrium statistical mechanics,
fundamental theory of quantum mechanics, and many-body
physics. Examples of our research activities are adiabatic
pumping in nanoscale devices, spin transport at an interface
between a ferromagnet insulator and a metal, many-body effectin thermal transport of phonons, and nonequilibruim transport
properties of the Kondo quantum dots.
In addition, we are working on various research subjects
related to many-body effects and nonequilibrium phenomena.
Examples of these researches are structural phase transition insolid oxygen and higher harmonics generation in solids. We arealso collaborating with experimental groups in ISSP.

法を使った理論研究を行っている。この研究分野は古くからメゾスコピック系と呼ばれ、電子の量子力学的な性質に着目した研究が活発に行われてきた。最近では、非平衡多体現象・ショットノイズ・高速駆動現象・スピントロニクスなどの新しい視点で研究が進展しており、本研究室ではこれらの進展に対応して、非平衡統計力学や量子力学基礎論、多体電子論などを援用した理論研究を行っている。最近の研究例としては、ナノスケール素子の断熱ポンピング、磁性体・金属界面でのスピン輸送、フォノン系の熱輸送現象における多体効果、近藤量子ドットの非平衡輸送特性、などがある。
本研究室では上記の理論研究のほか、多体効果や非平衡現象に関する幅広い研究テーマも取り扱っている。最近の研究例としては、固体酸素の構造相転移、固体中の高調波発生の理論などがある。物性研究所内の実験グループとの共同研究も進めている。

左右のリード温度 TL(t)、TR(t) を時間変化させることで生じる断熱ポンピング一周期あたりの輸送電荷。挿入図は系の模式図。U はクーロン相互作用の大きさ、
ΓL = ΓR = Γ/2 はリードとの結合の強さ、εd は量子ドットのエネルギー準位、
u = U/Γ は無次元したクーロン相互作用パラメータ。

上図：スピン流を生じさせる２つの機構 ( スピンゼーベック効果・スピンポンピング )の模式図。下図 : スピンゼーベック効果およびスピンポンピングにおけるスピン流の非平衡ノイズ、および熱ノイズの温度依存性。

Main panel: Electronic charge carried by adiabatic pumping induced by
the time-dependent lead temperatures, TL(t) and TR(t), per a cycle. Inset:
A schematic of the system. Here, U is the Coulomb interaction, ΓL = ΓR =Γ/2 is the lead-dot coupling, εd is the energy level of the quantum dot, andu = U/Γ is a dimensionless parameter of the Coulomb interaction.

Upper two figures: Schematics for two mechanisms of spin-current generation (spin Seebeck effect and spin pumping). Lower panel: Temperaturedependence of nonequilibrium spin-current noises due to the spin Seebeck
effect, the spin pumping, and a thermal noise.

研究テーマ Research Subjects
1.   メゾスコピック系の量子輸送現象
Quantum transport phenomena in mesoscopic systems
2. 相互作用する電子系の物性
Properties of interacting electron systems
3. 非平衡統計力学・スピントロニクス
Non-equilibrium statistical mechanics and spintronics

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