岩本 敏

トポロジカル集積光デバイスの創成

グラント番号：JPMJCR19T1

研究代表者

岩本 敏

主たる共同研究者

小林 伸聖	（公財）電磁材料研究所 研究開発事業部　部門長
高橋 駿	京都工芸繊維大学 電気電子工学系　准教授

研究概要

集積フォトニクス技術とトポロジーの概念を融合し、カイラルエッジ状態を利用した光通信波長帯一方向性導波路や、スキルミオンレーザ等の新奇トポロジカル集積光デバイスを実現します。また、集積フォトニクス技術を活かした様々なトポロジカル光状態を実現し、その応用可能性を探求します。これらの研究を通して、トポロジカル科学とフォトニクスの相互リンクを形成し、新たな光技術の創出とトポロジカル科学の発展に貢献します。

河東 泰之

物質のトポロジカル相の理論的探究

グラント番号：JPMJCR19T2

研究代表者

河東 泰之

主たる共同研究者

佐藤 昌利	京都大学 基礎物理学研究所　教授
古崎 昭	理化学研究所 開拓研究本部　主任研究員

研究概要

トポロジカル相の研究において、数理的手法の有効性は明確ですが、未だにその全貌をとらえるには至っていません。本計画では、広範な物質系を対象とするトポロジカル相の普遍的理論を構築し、 新たな次元の材料・デバイス開発の基礎を与えるため、数学者と理論物理学者の協働を行います。この研究は、エニオンの働きによって演算を行うトポロジカル量子コンピュータの数学的、物理的な基礎理論の研究にも有効なものと思われます。

島野 亮

トポロジカル非線形光学の新展開

グラント番号：JPMJCR19T3

研究代表者

島野 亮

主たる共同研究者

岡 隆史	東京大学 物性研究所　教授
林 将光	東京大学 大学院理学系研究科　准教授
森本 高裕	東京大学 大学院工学系研究科　准教授

研究概要

物質中の電子波動関数のトポロジカルな位相に起因する特異な光応答、特に非線形光学応答を探求します。ディラック半金属・ワイル半金属等に現れるシフト電流や円偏光起電力効果を、光学測定と静的な輸送現象測定から相補的に探求し、新原理に基づく光電変換現象を開拓します。その基礎概念をスピン流、超伝導体、さらには強相関電子系へと拡張し、フロッケエンジニアリングに基づく光エレクトロニクスの基盤の構築を目指します。

出口 哲生

高分子弾性のホモロジー的トポロジー理論の構築と環状混合デバイス

グラント番号：JPMJCR19T4

研究代表者

出口 哲生

主たる共同研究者

佐藤 敏文	北海道大学 工学研究院　教授
陣内 浩司	東北大学 多元物質科学研究所　教授

研究概要

ホモロジーを応用して高分子ネットワーク弾性の理論を革新し、任意のネットワークの弾性率を厳密に導く方法を与え、ゴムやゲルの力学特性の設計に挑戦します。環状高分子を合成し、環状鎖を用いて線形鎖を束ねる環状混合ソフトマテリアルを実現します。散乱実験、応力歪曲線測定、粘弾性測定、相分離動的構造変化の３D観察を行い、理論と比較しながら理学的基礎を深め、工学的な応用として新奇なエラストマーの創製を試みます。

松田 祐司

量子スピン液体におけるトポロジカル準粒子の解明と直接検出

グラント番号：JPMJCR19T5

研究代表者

松田 祐司

主たる共同研究者

芝内 孝禎	東京大学 大学院新領域創成科学研究科　教授
藤本 聡	大阪大学 基礎工学研究科　教授

研究概要

物質の持つトポロジーに由来して創発されるマヨラナ粒子と非可換エニオンは、環境ノイズに強いトポロジカル量子計算を実現するための鍵となる準粒子です。これらの準粒子の舞台となるキタエフ量子スピン液体と呼ばれる状態にある磁性体において、トポロジーに関連する性質を徹底的に解明し、これを母体とした新しい電子相を創出します。さらに創発準粒子の直接検出と可視化により、トポロジカル量子計算の基盤技術を確立します。