トポロジカル相からカオスへの転移を発見～非線形トポロジカル物質の原理の解明と応用に向けて～(JST)

2025.2.3更新

ポイント

非線形なトポロジカル物質において、非線形性が強い領域でトポロジカル相がカオスへと転移し、バルクエッジ対応が破れることを明らかにした。

トポロジカル物理と非線形力学系の理論を掛け合わせ、非線形トポロジカル物質を解析するための新たな理論的枠組みを提案した。

非線形デバイスにおいて、トポロジーやカオスの効果を活用した設計原理につながることが期待される。

＜概要＞

筑波大学数理物質系物理学域の曽根和樹助教（研究当時：東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻大学院生）、東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の江澤雅彦講師、ゴン・ゾンピン准教授、澤田太郎大学院生、沙川貴大教授、および同大学素粒子物理国際研究センターの吉岡信行准教授（研究当時：大学院工学系研究科物理工学専攻助教）らによる研究グループは、非線形なトポロジカル物質を理論的に解析することで、それがトポロジカル相からカオスへの転移を起こすことを明らかにしました。このカオスへの転移は、バルクエッジ対応と呼ばれるトポロジカル物質の基本原理の破れを非線形系で引き起こします。本研究は、これまで主に線形系で研究されてきたトポロジカル物質の理論を非線形系へ拡張するための手法として、力学系理論と組み合わせた理論的枠組みを提案しました。さらに今後、本研究で開発した理論的手法を用いることで、トポロジーやカオスの効果を活用した非線形デバイスの設計につながることが期待されます。
本研究成果は、２０２５年１月２９日（英国時間）に英国科学誌「ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」のオンライン版に掲載されます。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ）ムーンショット型研究開発事業ムーンショット目標６「２０５０年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現」（プログラムディレクター：北川勝浩大阪大学量子情報・量子生命研究センターセンター長）研究開発プロジェクト「誤り耐性型大規模汎用光量子コンピュータの研究開発（ＪＰＭＪＭＳ２０６４）」（プロジェクトマネージャー（ＰＭ）：古澤明東京大学大学院工学系研究科教授）による支援を受けて行われました。

本研究は、ＪＳＴＥＲＡＴＯ「沙川情報エネルギー変換プロジェクト（課題番号：ＪＰＭＪＥＲ２３０２）」、ＪＳＴＣＲＥＳＴ「電気回路によるトポロジカル量子計算方法の創生」（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ２０Ｔ２）、ＪＳＴＣＲＥＳＴ「非古典スピン集積システム」（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ２０Ｃ１）、ＪＳＰＳ科学研究費助成事業新学術領域（研究領域提案型）「情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理」の計画研究班「情報熱力学による生体情報処理の理論研究」（課題番号：ＪＰ１９Ｈ０５７９６）、ＪＳＰＳ科学研究費助成事業基盤研究（Ａ）「トポロジカルＭＥＭＳ工学の創生」（課題番号：２３Ｈ００１７１）、ＪＳＰＳ特別研究員奨励費「アクティブマターにおけるトポロジカル現象の研究」（課題番号：２１Ｊ２０１９９）、東京大学統合物質・情報国際卓越大学院（ＭＥＲＩＴ－ＷＩＮＧＳ）、東京大学卓越研究員制度、東京大学ＢｅｙｏｎｄＡＩ研究推進機構の支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

本文PDF（597KB）

＜論文タイトル＞

“Transition from the topological to the chaotic in the nonlinear Su-Schrieffer-Heeger model”

DOI:10.1038/s41467-024-55237-3

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