物性理論研究室・量子情報理論研究室
物性理論研究室の概要  (量子情報はこちら)
 物性物理は固体や液体など、凝縮系の性質を研究対象にしています。多数の原子や分子が 集まってできているこのような多体系には、個々の構成要素がもつ性質とは異なった新しい 現象が現れます。対称性の自発的破れなどがそれにあたります。これらの現象を支配する物 理法則を理論的に解明していくことが物性理論の目標です。物性理論グループでは、解析的 および数値的手法を用いて以下のような問題に取り組んでいます。

高温超伝導体の物性、微細構造系での秩序状態の研究(久保木)
 超伝導の発現する温度、すなわち臨界温度 (Tc) は物質によって大きく異なります。高温 超伝導体とよばれる物質群はその Tc の高さから応用面での期待が高いだけでなく、超伝導 と磁性が共存するなどざまざまな興味深い物性を示します。実は Tc の高さと奇妙な物性は ともに高温超伝導体中の電子状態の特性に起因しており、その性質を理解することは基礎科 学としても応用面でも同じように重要です。我々はこの問題を計算機を使った数値的手法と 解析的手法を用いて研究しています。
 また微細加工技術の進歩とともにナノテクノロジーの研究が盛んになっていますが、我々 はこの分野にも興味を持っています。最近メビウスの帯や8の字結晶など特異な幾何学的形 状をもつ微小単結晶が作成され、その秩序状態の性質が形状に依存して変わることが指摘さ れ関心を集めています。トポロジカル結晶とよばれるこれらの物質のほか、超伝導体と磁性 体の近接効果など界面や表面に特有な性質についても研究を行っています。

相転移現象から量子計算まで:テンソル積の視点から(西野)
 固体の磁気的な性質は、温度や圧力などの条件によって様々に変化し、この現象は「磁気 相転移」と呼ばれています。一方では、固体の原子配列も色々な変化を示し、こちらは「構 造相転移」と呼ばれます。この二つの転移は、一見すると全く別の現象なのですが、よく観 察すると幾つもの共通点が浮かび上がって来ます。このように、個別の現象を超えた共通性 は「普遍性」と呼ばれ、固体を含む凝縮系の物理では大切な概念です。相転移現象にひそむ 普遍性を探る方法の一つとしては、物理モデルの性質を数値計算で求める「数値シミュレー ション法」があげられます。モデル計算とは言っても、実際の物理系を忠実に取り扱おうと すると計算機がパンクしますから、解析に重要な情報は精密に取り扱い、そうでないものは 圧縮してしまう「繰り込み群」の発想が必要です。可能な限り一般性を失わないよう、この 圧縮を行う手法「密度行列繰り込み群(DMRG)法」の開発を行っています。興味深いことに、 DMRG法は量子情報理論とも深いつながりを持つことがわかり、最近では量子計算について も「テンソル積形式」を軸に、基礎的な研究を行なっています。更に自由な(?)発展であ る、テンソル・ネットワーク形式にも、研究の場を広げている所です。

物性理論を学びませんか?
 物理学の研究というと、予備知識がたくさん必要な気がするかもしれませんが、物性物理 学や統計物理学の分野は間口が広く、理論的研究とは言っても意外と最前線が近いものです。 研究室に所属の学生さん達は「今日から研究する!」と決意を持ったその日から、研究論文 の執筆を目標として、研究を始めることになります。実際、学部4年生の卒業研究の成果を Physical Review 誌に発表した人もいるほどです。詳しいことについては、どうぞいつでも 質問に来て下さい。平行して、前期の間は週に一度、場の理論など大学院の、あるいは大学 院への基礎を学ぶ文献講読を行ないます。皆さんも、私達と一緒に研究しませんか?
物性理論・超伝導・量子情報・エンタングルメント・テンソルネットワークを楽しみましょう