量子系物質科学研究チーム

研究概要

主な研究成果

ハバード模型に対する世界最大規模の計算を実現し量子相転移の普遍性を解明

電子間クーロン斥力で誘起される金属-絶縁体転移は物性物理学の根本的な問題として古くから研究されてきました。当研究チームでは、その最も簡単な模型であり、また、グラフェンの模型でもあるハニカム格子上のハバード模型で現れる金属-絶縁体転移の高精度解析を行いました。この系は、電子の分散が、相対論的電子であるDirac電子と同じ分散をもつことで特に注目されています。我々は、ハバード模型を数値的に厳密に取り扱うために量子モンテカルロシミュレーションを開発し、「京」の性能を最大限活用するために高度化することにより、2012年に2,592電子までの計算を実現しました。これは当時、世界最大規模の計算であり、それまでの世界記録である648電子の計算よりも64倍程度規模が大きいのです。
これにより、まず、ハニカム格子ハバード模型で起こる金属-絶縁体転移は、間に中間相等を含まない連続転移であることを指摘し、さらに、相互作用するDirac電子系における金属-絶縁体転移を特徴づける量（臨界指数）を高精度で決定することに成功しました。また、最近、我々は前人未到の10,000電子の計算に成功し、現代固体電子論の基礎理論であるFermi液体論の正当性を2次元Dirac電子系において明らかにしました。今後は、「富岳」の性能を最大限活用し、non-Fermi液体の可能性等を明らかにしたいと考えています。

違った大きさの系（2L2）で起こる金属-絶縁体転移の振る舞いが同じ普遍的な関数で記述されます。その時の指数（βとν）がその相転移を特徴づけます。

主要論文

• RY. Sun, T. Shirakawa, and S. Yunoki:
  "Efficient variational quantum circuit structure for correlated topological phases"
  Physical Review B 108, 075127 (2023).
• RY. Sun, T. Shirakawa, and S. Yunoki:
  "Parameterized quantum circuit for weight-adjustable quantum loop gas"
  Physical Review B 107, L041109 (2023).
• T. Shirakawa and S. Yunoki:
  "Local multiplet formation around a single vacancy in graphene: An effective Anderson model analysis based on the block-Lanczos DMRG method"
  Physical Review B 105, 184110 (2022).
• Y. Otsuka, T. Yoshida, K. Kudo, S. Yunoki, and Y. Hatsugai:
  "Higher order topological Mott insulator on the pyrochlore lattice"
  Scientific Reports 11, 20270 (2021).
• T. Shirakawa, K. Seki, and S. Yunoki:
  "Discretized quantum adiabatic process for free fermions and comparison with the imaginary-time evolution"
  Physical Review Research 3, 013004 (2021).
• Y. Otsuka, K. Seki, S. Sorella, and S. Yunoki:
  "Dirac electrons in the square-lattice Hubbard model with a d-wave pairing field: The chiral Heisenberg universality class revisited"
  Physical Review B 102, 235105 (2020).
• T. Shirakawa, S. Miyakoshi, and S. Yunoki:
  "Photoinduced eta pairing in the Kondo lattice model"
  Physical Review B 101, 174307 (2020).
• K. Seki, Y. Otsuka, S. Yunoki, and S. Sorella:
  "Fermi-liquid ground state of interacting Dirac fermions in two dimensions"
  Physical Review B 99, 125145 (2019).
• M. Khazaei, A. Mishra, N. S. Venkataramanan, A. K. Singh, and S. Yunoki:
  "Recent advances in MXenes: From fundamentals to applications"
  Current Opinion in Solid State and Materials Science 23, 164 (2019).
• Y. Otsuka, K. Seki, S. Sorella, and S. Yunoki:
  "Quantum criticality in the metal-superconductor transition of interacting Dirac fermions on a triangular lattice"
  Physical Review B 98, 035126 (2018).

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