慶應義塾研究者情報データベース

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2012年04月

  -

  2015年03月

  日本学術振興会, 特別研究員-DC1

• 2015年04月

  -

  2019年03月

  千葉大学, 先進科学センター, 特任助教

• 2019年04月

  -

  2022年03月

  慶應義塾大学, 理工学部物理学科, 助教（有期）

• 2022年04月

  -

  継続中

  慶應義塾大学, 理工学部物理学科, 専任講師（有期）

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2006年04月

  -

  2007年03月

  大阪大学, 理学部, 生物科学科

• 2007年04月

  -

  2010年03月

  大阪大学, 理学部, 物理学科

• 2010年04月

  -

  2015年03月

  京都大学, 大学院理学研究科, 物理学・宇宙物理学専攻

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

• 自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理

• 自然科学一般 / 磁性、超伝導、強相関系

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• Symmetry, topology, duality, chirality, and criticality in a spin- 12 XXZ ladder with a four-spin interaction

  Fontaine M., Sugimoto K., Furukawa S.

  Physical Review B （Physical Review B）  109 （ 13 ）  2024年04月

  査読有り,  ISSN  24699950

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  We study the ground-state phase diagram of a spin-12 XXZ model with a chirality-chirality interaction (CCI) on a two-leg ladder. This model offers a minimal setup to study an interplay between spin and chirality degrees of freedom. The spin-chirality duality transformation allows us to relate the regimes of weak and strong CCIs. By applying the Abelian bosonization and the duality, we obtain a rich phase diagram that contains distinct gapped featureless and ordered phases. In particular, Néel and vector chiral orders appear for easy-axis anisotropy, while two distinct symmetry-protected topological (SPT) phases appear for easy-plane anisotropy. The two SPT phases can be viewed as twisted variants of the Haldane phase. We also present an effective description in terms of (spinor) hard-core bosons, which reveals critical behavior on the self-dual line in the easy-axis and easy-plane regimes. We perform numerical simulations to confirm the predicted phase structure and critical properties. We further demonstrate that the two SPT phases and a trivial phase are distinguished by topological indices in the presence of certain symmetries. A similar phase structure is expected in a spin-12 XXZ ladder with four-spin ring exchange.

  • Access to Document (DOI)

• Pump-probe spectroscopy of the one-dimensional extended Hubbard model at half filling

  Sugimoto K., Ejima S.

  Physical Review B （Physical Review B）  108 （ 19 ）  2023年11月

  筆頭著者, 責任著者, 査読有り,  ISSN  24699950

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  By utilizing time-dependent tensor-network algorithms in the infinite matrix-product-state representation, we theoretically investigate the pump-probe spectroscopy of the one-dimensional extended Hubbard model at half filling. Our focus lies on nonequilibrium optical conductivity and single-particle excitation spectra. In the spin-density-wave (SDW) phase, we identify an in-gap state in the nonequilibrium optical conductivity due to the formation of excitons (or doublon-holon pairs), generated by the pulse through nonlocal interactions. In the strong-coupling regime, we discern additional multiple in-gap and out-of-gap states. In the charge-density-wave (CDW) phase, we detect not only an in-gap state but also a finite Drude weight, which results from the dissolution of charge order by photoexcitation. Analyzing time-dependent single-particle excitation spectra directly in the thermodynamic limit confirms the origin of these new states in the SDW and CDW phases as the excitation of newly emerged dispersions. We illustrate that the pump-probe spectroscopy simulations in the thermodynamic limit furnish unambiguous spectral structures that allow for direct comparison with experimental results, and the integration of nonequilibrium optical conductivity and time- and angle-resolved photoemission spectroscopy provides comprehensive insights into nonequilibrium states.

  • Access to Document (DOI)

• Zigzag chain order of LiVSe2 developing away from the vanadium trimer phase transition boundary

  Kojima K., Katayama N., Sugimoto K., Hirao N., Ohta Y., Sawa H.

  Physical Review B （Physical Review B）  108 （ 9 ）  2023年09月

  査読有り,  ISSN  24699950

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  The phenomenon of self-assembly of constituent elements to form molecules at low temperatures appears ubiquitously in transition metal compounds with orbital degrees of freedom. Recent progress in local structure studies using synchrotron radiation x rays is shifting the interest in structural studies in such molecule-forming systems from the low-temperature ordered phase to the short-range order that appears like a precursor at high temperatures. In this study, we discuss both experimentally and theoretically the relationship between the trimer structure that appears in the layered LiVX2(X = O, S, Se) system with a two-dimensional triangular lattice of vanadium and the zigzag chainlike local structure that appears near the phase transition boundary where molecular formation occurs. The vanadium trimerization that persistently appears in both low-temperature phases of LiVO2 and LiVS2 disappears in LiVSe2, and a regular triangular lattice is thought to be realized in LiVSe2, but this study reveals that the zigzag chain local distortion appears with a finite correlation length. These zigzag chain state local distortions are similar to the motif of local distortions in the high-temperature phase of LiVS2, indicating that the local distortions are persistent away from the trimer phase transition boundary. On the other hand, it is concluded that the zigzag chain order appearing in LiVSe2 is more stable than that in LiVS2 in terms of the temperature variation of atomic displacement and correlation length. The zigzag chain order is considered to be competitive with the trimer order appearing in the LiVX2 system. In this paper, we discuss the similarities and differences between the parameters that stabilize these electronic phases and the local distortions that appear in other molecular formation systems.

  • Access to Document (DOI)

• Wannier-Stark ladders and Stark shifts of excitons in Mott insulators

  Udono M., Kaneko T., Sugimoto K.

  Physical Review B （Physical Review B）  108 （ 8 ）  2023年08月

  最終著者, 責任著者, 査読有り,  ISSN  24699950

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  External-field driven energy-level discretization, such as Landau quantization or Stark localization, is one of the most intriguing phenomena in quantum systems. We investigate the emergence of the Wannier-Stark ladder coming from the particle-hole continuum and the Stark shifts of the exciton levels in one-dimensional Mott insulators under the dc electric field. The discretized peak structure in the optical-conductivity spectra newly appears by applying the dc electric field, and the positions of these peaks can be reproduced from the energy levels of a simple effective model in the strong-coupling regime. Our results not only suggest that Mott insulators can serve as a viable platform for Stark discretization, but also pave the way for investigations of dynamical properties in correlated many-body systems under a dc electric field.

  • Access to Document (DOI)

• Collective mode excitations and simulated L -edge resonant inelastic x-ray scattering spectra in antiferromagnetic Ca2 RuO4

  Yamamoto S., Ohta Y., Sugimoto K.

  Physical Review B （Physical Review B）  106 （ 4 ）  2022年07月

  最終著者, 査読有り,  ISSN  24699950

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  Using the three-orbital Hubbard model, we investigate the low-energy excitation spectra in the antiferromagnetic phase of Ca2RuO4. We calculate the dynamical susceptibilities in the low-energy region by the random phase approximation and find that the anisotropic dispersion of the transverse mode is in good agreement with the spectra recently reported by inelastic neutron scattering experiments. By the fast-collision approximation, we simulate the resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) spectra of the Ru L3 edge from the dynamical susceptibilities. We show that the dispersion of the transverse mode is clearly observed in the calculated RIXS spectra and that the polarization dependence of the incident x rays enables one to distinguish between the excitations of the in-plane transverse mode and out-of-plane transverse mode.

  • Access to Document (DOI)

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 強相関電子系の有限温度計算手法の開発と励起子絶縁体への応用

  杉本, 高大

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2019年

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

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• d‐p模型によるTa₂NiSe₅の励起子絶縁体転移

  杉本高大, 太田幸則

  日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 74 （ 1 ） ROMBUNNO.15pS305‐6 2019年03月

  ISSN  2189-079X

• 有限温度変分クラスター法によるハバード模型の解析

  西田尚央, 藤内亮, 杉本高大, 太田幸則

  日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 74 （ 1 ） ROMBUNNO.17aG212‐8 2019年03月

  ISSN  2189-079X

• α‐Sr₂CrO₄の高圧下電子状態

  高橋諒, 山口伴紀, 杉本高大, 山内徹, 櫻井裕也, 太田幸則

  日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 73 （ 2 ） ROMBUNNO.10aPS‐23 2018年09月

  ISSN  2189-079X

• 強結合型励起子絶縁体としてのTa₂NiSe₅

  杉本高大, 西本理, 西本理, 金子竜也, 太田幸則

  日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 73 （ 2 ） ROMBUNNO.10aPS‐24 2018年09月

  ISSN  2189-079X

• 変分クラスター近似による二軌道ハバード模型の励起子相と超伝導相

  藤内亮, 杉本高大, 太田幸則

  日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 73 （ 2 ） ROMBUNNO.10aPS‐93 2018年09月

  ISSN  2189-079X

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• Strong Coupling Nature of the Excitonic Insulator State in Ta2NiSe5

  Koudai Sugimoto, Satoshi Nishimoto, Tatsuya Kaneko, Yukinori Ohta

  The 10th international Conference “New Generation in Strongly Correlated Electron Systems” (NGSCES 2019), 

  2019年09月

  , 

  口頭発表（一般）

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• テンソルネットワークによる低次元強相関電子系の超高速分光シミュレーション

  2023年04月

  -

  2027年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 杉本 高大, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

• 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体における擬ギャップ現象の核磁気共鳴法による解明

  2021年04月

  -

  2024年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 深澤 英人, 大濱 哲夫, 川股 隆行, 杉本 高大, 基盤研究(C), 研究分担者

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  銅酸化物高温超伝導体はその発見以来、母物質である反強磁性モット絶縁体にキャリアを注入することにより超伝導が発現すると考えられてきた。しかし、近年Nd2CuO4構造いわゆるT’構造をもつ電子ドープ型高温超伝導体において、過剰酸素を取除くことにより、電子をドープしなくても超伝導が発現する可能性が示された。しかし、一方で実験的に示されてきたこのノンドープ超伝導は、実は酸素がCuO2面から取り除かれ電子ドープが起こっており、その超伝導は従来通りのドープされたモット絶縁体としての高温超伝導であるとも、最近の研究では指摘されている。また、これまでにT'型の銅酸化物高温超伝導体においても擬ギャップ現象が本質的に存在することが明らかになってきており、この擬ギャップの起源を探ることが本研究課題の重要な目標である。さらに、擬ギャップ現象と関連して強相関電子系における量子臨界現象と磁性について研究することも重要であり、本年度は周辺物質に関しても研究を行なった。
  銅酸化物に関しては、T’-LE(S,C)COに注目し、系統的に63,65Cu核、139La核のNMR測定を行ない、超伝導対称性および反強磁性ゆらぎの有無・強さを明らかにした。また、重い電子系超伝導体Ce3PtIn11の二段磁気転移におけるq構造をtransferred hyperfine fieldを用いることにより、明らかにした。さらに、単体金属であるalpha-Mnの圧力誘起磁気秩序相における磁気構造についてゼロ磁場NMRの周波数の圧力依存から論じ、フェリ磁性的なモデルが他の実験結果と矛盾しないことを示した。

• 強結合励起子凝縮系物質のプリフォームドペア状態と非平衡ダイナミクスの理論

  2020年04月

  -

  2024年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 太田 幸則, 柚木 清司, 杉本 高大, 基盤研究(B), 研究分担者

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  本申請代表者グループの励起子凝縮に関するこれまでの理論研究を背景に、本研究の目的は次の３点を明らかにすることである。すなわち、① 熱的純粋量子状態に基づく変分クラスター近似を用いた強結合励起子凝縮機構の解明 ② 時間発展ランチョス法・時間依存密度行列繰込み群法による励起子相の非平衡ダイナミクスの解明 ③第一原理計算とその解析に基づく低エネルギー有効電子模型の導出。これらにより、超伝導と並ぶフェルミオン対凝縮系としての励起子凝縮の物理の学理を深化させる。この目的を達成するため、研究分担者と協力者を3チームに分け、計画の4年間で強結合励起子絶縁体の特異性を明らかにし、有限温度量子多体系における秩序と揺らぎという歴史的大問題にひとつの解答を与え、さらにはフェルミオン対凝縮系の非平衡ダイナミクスという未踏の問題に糸口を見出す。
  令和2年度は、励起子凝縮の学理の深化のための出発点を構築した。新型コロナウィルス感染症の予期せぬ拡大により研究活動が様々な側面で大きく抑制されたため、研究期間の1年間の延長を申請し認められた。その結果、次のような研究実績を得ることができた。研究代表者チームは、非平衡グリーン関数による摂動論的解析手法に加え、強相関電子系に対する非摂動論的な量子クラスター法を中心とする数値計算手法を開発した。また、低エネルギー有効模型の導出を行い、物質に即した理論を構築する基礎を得た。研究分担者チームは、関係する種々の強相関電子模型の非平衡ダイナミクスを研究し、光励起による強相関電子系における非平衡ダイナミクスや光誘起相転移に関する研究手法を発展させた。また、強結合励起子系の有限温度における一般理論を構築するため、熱的純粋量子状態に基づく変分クラスター近似の計算手法を開発した。研究成果は幾つかの学術論文として出版し、国内外の学会等で発表した。

• 励起子量子凝縮相の励起状態ダイナミクス

  2019年04月

  -

  2022年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 杉本　高大, 若手研究, 補助金,  研究代表者

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  半金属または半導体において励起子が自発的に形成され、ボース凝縮を起こした相を励起子相と呼ぶ。近年になっていくつかの候補物質が提案され、励起子相研究の新しい展開を迎えている。本研究では励起子相に対する物性研究を念頭に置き、広く強相関電子系の有限温度状態ならびに光誘起非平衡状態の理論的・数値的研究を行った。
  有限温度計算においては変分クラスター法の有限温度への拡張や、クラスター平均場近似の励起子相への適用を行った。また、非平衡状態に関する研究では、引力および斥力ハバード模型の光誘起相転移の提案や、拡張ハバード模型の高次高調波における励起子の効果を解明した。

• 励起子絶縁体の外場応答に関する微視理論の展開

  2015年08月

  -

  2017年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 杉本 高大, 研究活動スタート支援, 研究代表者

  　研究概要を見る

  励起子絶縁体とは、半導体または半金属において、励起子が自発的に形成され量子凝縮を起こした系である。励起子絶縁体の候補物質である遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5に注目して、超音波吸収係数と核磁気共鳴緩和率に現れる量子干渉効果、反磁性磁化率、光学伝導度の振る舞いについて励起子凝縮の観点から明らかにした。また、コバルト酸化物Pr0.5Ca0.5CoO3の励起子相において磁気多極子秩序が形成されることを示し、そのときの低エネルギー励起構造を明らかにした。

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 物理学演習第３

  2024年度

• 物理学Ｄ

  2024年度

• 物理学Ｃ

  2024年度

• 論文講読発表

  2024年度

• 卒業研究

  2024年度

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社会活動 【 表示 ／ 非表示 】

社会活動 【 表示 ／ 非表示 】

• 第17回高校生理科研究発表会

  千葉大学, 第17回高校生理科研究発表会, 

  , 

  2023年09月

• 第16回高校生理科研究発表会

  千葉大学, 第16回高校生理科研究発表会, 

  , 

  2022年09月

• 第15回高校生理科研究発表会

  千葉大学, 第15回高校生理科研究発表会, 

  , 

  2021年09月

• 第14回高校生理科研究発表会

  千葉大学, 第14回高校生理科研究発表会, 

  , 

  2020年12月

• 第13回高校生理科研究発表会

  千葉大学, 第13回高校生理科研究発表会, 

  , 

  2019年09月

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メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

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• Long-Range Coupling Affects Entanglement Dynamics

  American Physical Society, Physics （https://physics.aps.org/articles/v15/2） , 2022年01月

• 量子もつれなどによる「量子測定誘起相転移」発現のための条件、慶大などが発見

  マイナビ, TECH+ （https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220108-2245465/） , 2022年01月

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2022年04月

  -

  2023年03月

  領域運営委員, 一般社団法人日本物理学会