Updated on 2026/03/27

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FURUTANI Koichiro
 
Organization
Institute for Advanced Research Designated Assistant Professor
Graduate School of Engineering Designated Assistant Professor
Title
Designated Assistant Professor

Degree 1

  1. Ph.D. ( 2024.2   University of Padova ) 

 

Papers 12

  1. Predictive power of the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless theory based on renormalization group throughout the BCS-BEC crossover in two-dimensional superconductors

    Midei, G; Furutani, K; Salasnich, L; Perali, A

    PHYSICAL REVIEW B   Vol. 110 ( 21 )   2024.12

     More details

    Publisher:Physical Review B  

    Recent experiments on 2D superconductors allow the characterization of the critical temperature and of the phase diagram across the BCS-BEC crossover as a function of density. We obtain from these experiments the microscopic parameters of the superconducting state at low temperatures by the BCS mean-field approach. For LixZrNCl, the extracted parameters are used to evaluate the superconducting phase stiffness and the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) critical temperature throughout the BCS-BEC crossover by implementing the corresponding renormalization group (RG) approach. In this way, we make a quantitative test of the predictive power of the BKT theory for evaluating the critical temperature. The RG flow equations turn out to give a sizable renormalization of the phase stiffness and of the critical temperature, which is crucial to obtain a satisfactory agreement between the BKT theory and the experiments, in particular, in the BCS-BEC crossover regime. We predict the temperature range where phase stiffness renormalization can be measured in LixZrNCl across the BCS-BEC crossover. Contrary to other microscopic theories of superconductivity, we find that the BKT theory can be exploited to evaluate quantitatively the critical temperature of 2D superconductors in different pairing regimes.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.110.214502

    Web of Science

    Scopus

  2. Interaction-induced dissipative quantum phase transition in a head-to-tail atomic Josephson junction Reviewed International coauthorship

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    Physical Review B     2024.10

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.L140503

    DOI: 10.1103/PhysRevB.110.L140503

  3. Amplitude, phase, and topological fluctuations shaping the complex phase diagram of two-dimensional superconductors Reviewed International coauthorship

    Koichiro Furutani, Giovanni Midei, Andrea Perali, Luca Salasnich

    Physical Review B   ( 110 )   2024.10

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.134501

    DOI: 10.1103/PhysRevB.110.134501

  4. Fokker-Planck equations for a trapped particle in a quantum-thermal Ohmic bath: general theory and applications to Josephson junctions Invited Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    AAPPS Bulletin   ( 33 )   2023.9

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1007/s43673-023-00087-2

    DOI: 10.1007/s43673-023-00087-2

    Open Access

  5. Berezinskii-Kosterlitz-Thouless phase transition with Rabi-coupled bosons Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Andrea Perali, Luca Salasnich

    Physical Review A   ( 107 )   2023.4

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.L041302

    DOI: 10.1103/PhysRevA.107.L041302

  6. First and Second Sound in Two-Dimensional Bosonic and Fermionic Superfluids Invited Reviewed International coauthorship Open Access

    L. Salasnich, A. Cappellaro, K. Furutani, A. Tononi, G. Bighin

    Symmetry   ( 14 )   2022.10

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.3390/sym14102182

    DOI: 10.3390/sym14102182

    Open Access

  7. Quantum effective action for the bosonic Josephson junction Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Jacques Tempere, Luca Salasnich

    Physical Review B   ( 105 )   2022.4

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.134510

    DOI: 10.1103/PhysRevB.105.134510

  8. Superfluid properties of bright solitons in a ring Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    Physical Review A   ( 105 )   2022.3

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.033320

    DOI: 10.1103/PhysRevA.105.033320

  9. Quantum and thermal fluctuations in the dynamics of a resistively and capacitively shunted Josephson junction Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    Physical Review B   ( 104 )   2021.7

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.014519

    DOI: 10.1103/PhysRevB.104.014519

  10. Dissipation and fluctuations in elongated bosonic Josephson junctions Reviewed International coauthorship Open Access

    Francesco Binanti, Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    Physical Review A   ( 103 )   2021.6

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.103.063309

    DOI: 10.1103/PhysRevA.103.063309

  11. Sound modes in collisional superfluid Bose gases Reviewed International coauthorship Open Access

    Koichiro Furutani, Andrea Tononi, Luca Salasnich

    New Journal of Physics   ( 23 )   2021.4

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abed0c

    DOI: 10.1088/1367-2630/abed0c

    Open Access

  12. Strong-coupling Effects on Quantum Transport in an Ultracold Fermi Gas Reviewed

    Koichiro Furutani, Yoji Ohashi

    Journal of Low Temperature Physics   ( 201 ) page: 49 - 57   2020.6

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (international conference proceedings)  

    DOI: https://doi.org/10.1007/s10909-020-02482-7

    DOI: 10.1007/s10909-020-02482-7

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Presentations 10

  1. Dissipative quantum phase transition in a head-to-tail atomic Josephson junction International conference

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    2025 Tokyo-Beijing-Sendai Joint Workshop on Quantum Matter  2025.10.4 

     More details

    Event date: 2025.10

    Presentation type:Poster presentation  

  2. Interaction-induced dissipative quantum phase transition in a head-to-tail Bose Josephson junction

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    日本物理学会 第80回年次大会  2025.9.16 

     More details

    Event date: 2025.9

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

  3. 格子上の古典スピン模型における高チャージHopfionの安定性

    箱崎結子, 古谷浩一朗, 川口由紀

    日本物理学会 第80回年次大会  2025.9.18 

     More details

    Event date: 2025.9

    Presentation type:Oral presentation (general)  

  4. Dissipative quantum phase transition in a head-to-tail atomic Josephson junction International conference

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    Bose-Einstein Condensation 2025  2025.9.10 

     More details

    Event date: 2025.9

    Presentation type:Poster presentation  

  5. Axion dynamics coupled with one-dimensional spinless fermions

    Yuto Hosogi, Koichiro Furutani, Yuki Kawaguchi

    物性研研究会「熱場の量子論とその応用2025」  2025.9.3 

     More details

    Event date: 2025.9

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

  6. Dissipative quantum phase transition in a head-to-tail atomic Josephson junction International conference

    Koichiro Furutani, Luca Salasnich

    APS Global Physics Summit  2025.3.19 

     More details

    Event date: 2025.3

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:Anaheim   Country:United States  

  7. Dissipative dynamics and quantum phase transition in an atomic Josephson junction Invited

    Koichiro Furutani

    Seminar (Condensed Matter Theory Group, University of Padova)  2024.11.26 

     More details

    Event date: 2024.11

    Language:English   Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

    Venue:Padova   Country:Italy  

  8. 動的ゲージ場と結合した1次元フェルミオン系のダイナミクス

    細木雄登, 古谷浩一朗, 川口由紀

    日本物理学会 第79回年次大会  2024.9.16 

     More details

    Event date: 2024.9

    Presentation type:Oral presentation (general)  

  9. Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition in a two-dimensional binary Bose mixture Invited International conference

    Koichiro Furutani, Andrea Perali, Luca Salasnich

    SuperFluctuations2024  2024.9.18 

     More details

    Event date: 2024.9

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

    Venue:Salerno   Country:Italy  

  10. Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition in a Rabi-coupled binary Bose superfluid Invited International conference

    Koichiro Furutani, Andrea Perali, Luca Salasnich

    Ultracold Atoms Japan 2024  2024.4.9 

     More details

    Event date: 2024.4

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:Okinawa   Country:Japan  

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Research Project for Joint Research, Competitive Funding, etc. 2

  1. 原子ジョセフソン接合を用いた非従来型散逸機構を持つ散逸量子系の制御手法の開拓

    2025.9 - 2027.8

    村田学術振興・教育財団  第41回研究助成 

    古谷浩一朗

      More details

    Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

    Grant amount:\4000000 ( Direct Cost: \4000000 )

  2. 機械学習を用いた多成分量子多体系におけるトポロジカル相転移の解析

    2024.6 - 2025.3

    牧誠記念研究助成 

    古谷浩一朗

      More details

    Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

    Grant amount:\1000000

KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 2

  1. スピノル超流動を用いた多成分量子多体系の量子相制御

    Grant number:24K22858  2024.7 - 2026.3

    科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    古谷 浩一朗

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\2730000 ( Direct Cost: \2100000 、 Indirect Cost:\630000 )

    原子種やスピンといった多自由度によって実現する多成分量子多体系の静的・動的制御手法を理論的に開拓する。多成分系では、その自由度のため単成分系よりも多彩なトポロジカル励起が現れ、相転移や動的応答といったマクロな物理現象に新たな可能性を拓くが、その系統的理解は未だ得られていない。その包括的解明のため、本研究では操作性の高い冷却原子系を舞台とし、スピン自由度を持った超流動に現れるトポロジカル励起の代数構造の観点から、多成分量子系における相転移や動的応答の新奇な物理的性質とその制御手法を探索する。
    2次元2成分超流動、スピン1超流動・磁性体におけるトポロジカル相転移の研究を行った。研究実績は主に以下の3点である。
    (1)2成分超流動において、粒子数および質量がバランスしている場合にはBKT転移は一度しか起きないが、インバランスがあると2段階BKT転移が起こるようになる。粒子数差に起因した2段階BKT転移はモンテカルロシミュレーションで予測されていたが、我々はNelson-Kosterlitzくりこみ群による解析的アプローチから、質量インバランスの効果やそれぞれのBKT転移点における普遍的な関係であるNelson-Kosterlitz criterionがどのような影響を受けるのかを明らかにした。
    (2)2次Zeeman相互作用のあるスピン1超流動におけるBKT転移の理論は、2成分超流動の理論からマップすることができ、BKT転移点におけるNelson-Kosterlitz criterionを導くことができた。この結果は、モンテカルロシミュレーションの結果とも整合している。一方、2次Zeeman相互作用がないときは2成分超流動に対応物がなく、Z2渦という通常の量子渦とは異なる渦励起が生じると期待される。磁性体にも現れるZ2渦がトポロジカル相転移を起こすか否かは多くの議論があり未だ決着がついていない。そこでZ2渦が励起するいくつかの2次元磁性体において、比熱の温度依存性からZ2渦による相転移の存在を数値的に検証した。
    (3)2次元超伝導におけるBKT転移の解析を行った。近年LiをドープしたZrNClで実験観測されたBKT転移を、Nelson-Kosterlitzくりこみ群を用いBCS領域からBCS-BECクロスオーバー領域にかけて定量的に再現できることを示し、特にクロスオーバー領域においてもくりこみ群解析によってBKT転移温度を定量的に予言できることを見出した。
    インバランスした2成分超流動における2段階BKT転移、またそれをスピン1超流動へとマップすることで有限の2次Zeeman相互作用がある場合のBKT転移の普遍的性質をそれぞれ導出することが出来た。
    ここでは2成分超流動の混合相のみを考えていたが、平均場の枠組みを超えて熱揺らぎの効果を取り入れると、異成分間相互作用が弱いときでも熱揺らぎによって相分離を起こす可能性が先行研究において提唱されていた。2次元超流動における高次の熱揺らぎが引き起こす相分離の理論は、先行研究で議論されていた3次元超流動の場合よりも揺らぎの効果がより複雑であるため、3次元の場合とは異なる困難があることが分かった。現在、数値計算によるアプローチも進めているものの、未だ完全な相図を明らかにするには至っていない。また、2次Zeeman相互作用のないスピン1超流動におけるBKT転移についても解析的アプローチに困難があり、数値計算を進めている段階である。よって、予定していた成果は着実に出ているものの、進捗状況についてはやや遅れていると判断する。
    解析的アプローチに困難があった2次元2成分超流動における温度誘起相分離を数値計算でアプローチすることで、平均場の枠組みを超えた完全な相図の解明を行う。また、2次Zeeman相互作用のないスピン1超流動におけるトポロジカル相転移の有無を解析的・数値的に確認する。通常の量子渦が引き起こすBKT転移と比較しながら、Z2渦がトポロジカル相転移を引き起こし得るのかを詳細に検証する。
    <BR>
    スピン2超流動にはさらに多彩な渦構造が現れる。これまでの解析・数値手法を用いて2次元スピン2超流動におけるBKT転移を明らかにすることで、本研究課題の最終目標である、トポロジカル励起の代数構造と、それらが引き起こすトポロジカル相転移との間の関係を明らかにする。

  2. Novel quantum phases and their control in non-conserved quantum systems

    Grant number:24K00557  2024.4 - 2028.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

      More details

    Authorship:Coinvestigator(s)