非エルミート系での例外点と強相関物理の融合~散逸が誘起する特異な超流動の出現を、新たに理論的に提唱~

2025-12-25 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)理学院の竹森颯真大学院生、山本和樹助教、古賀昌久准教授らは、粒子の損失や非対称な移動を含む「非エルミート系」において、例外点を伴いながらも安定に存在する全く新しい超流動相を理論的に発見した。スピンの向きによって散逸が異なる「スピン対破壊効果」を導入した引力ハバード模型を解析した結果、従来は超流動が壊れる境界にのみ現れると考えられていた例外点が、強相関フェルミ粒子の超流動相の内部に安定して出現することを初めて示した。さらに、その出現機構が非エルミート系特有の複素エネルギー構造に由来することを解明した。本成果は、冷却原子実験での検証が期待される非平衡量子相の新領域を切り開くものであり、量子物性物理学に重要な理論的基盤を与える。研究成果はPhysical Review Lettersに掲載された。

非エルミート系での例外点と強相関物理の融合~散逸が誘起する特異な超流動の出現を、新たに理論的に提唱~
図1. スピン対破壊効果の模式図。粒子のスピンが上向きの粒子が右に行きやすく、下向きの粒子が左に行きやすい状況を描写している。

<関連情報>

スピン脱対化誘起による例外的なフェルミオン超流動 Spin-Depairing-Induced Exceptional Fermionic Superfluidity

Soma Takemori, Kazuki Yamamoto, and Akihisa Koga
Physical Review Letters
DOI: https://doi.org/10.1103/ntjf-zb2v

Abstract

We investigate the non-Hermitian (NH) attractive Hubbard model with spin depairing, which is a spin-resolved asymmetric hopping that nonreciprocally operates spins in the opposite direction. We find that spin depairing stabilizes a superfluid state unique to the NH system. This phase is characterized not only by a finite order parameter, but also by the emergence of exceptional points (EPs) in the momentum space—a feature that starkly contrasts with previously discussed NH fermionic superfluidity, where EPs are absent within the superfluid state and emerge only at the onset of the superfluid breakdown. We uncover the rich mechanism underlying this “exceptional fermionic superfluidity” by analyzing the interplay between EPs and the effective density of states of the complex energy dispersion. Furthermore, we reveal that the exceptional superfluid state breaks down induced by strong spin depairing on the cubic lattice, while it remains robust on the square lattice.

1701物理及び化学
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