Effective hamiltonian construction through combining numerical simulation with experimental approaches and its application to strongly correlated topological materials
| Project/Area Number |
20H01850
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
Yamaji Youhei 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (00649428)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉見 一慶 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910)
田村 亮 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (20636998)
大串 研也 東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331)
三澤 貴宏 早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (10582687)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 量子スピン液体 / 機械学習 / ルテニウムハロゲン化物 / ベイズ最適化 / 強相関電子系 / トポロジカル物質 / ベイズ推定 |
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| Outline of Research at the Start |
実験・理論・計算科学・データ科学を統合することによって有効ハミルトニアンの構成方法の革新を目指す。研究代表者らが開発してきた独自の『量子多体系シミュレータHΦ』を中核に、理論・第一原理電子状態計算に基づく有効ハミルトニアンと物理量予測、実際の実験データから得られる情報をベイズ推定の枠組みによって統合することで、強相関物質の低エネルギー有効ハミルトニアンの高精度な推定を実現する。さらに、本研究で開発した有効ハミルトニアン推定方法を、絶対零度においても自発的対称性の破れを示さない量子スピン液体相の候補物質群に適用し、量子スピン液体を実現する物質設計指針の抽出を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
An effective low energy hamiltonian for a prototypical Kitaev material, α-RuCl3, is derived by combining a numerical quantum materials simulator HΦ and experimental data on magnetization of α-RuCl3 through a Bayesian optimization program package PHYSBO. Synthesis and characterization of newly found Kitaev materials have been done. The crystal structures, magnetic orders, magnetization, magneto-transport, and Raman spectra were observed. From these data, the ab initio electronic structure calculations and theoretical studies on these Kitaev materials were carried out and the Mott transition mechanism of Ru(Br,I)3 is clarified. The present results provide us wider variety of materials to realize a quantum spin liquid phase.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
磁性や超伝導に代表される固体中の低エネルギー電子物性を理解する上で重要な役割を果たすのは、シュレディンガー方程式に現れる裸の電子質量や真空中のクーロン相互作用ではなく、結晶格子や高エネルギーからの影響を繰り込んだ有効質量や有効相互作用、ひいてはそれらによって特徴付けられる低エネルギー有効ハミルトニアンである。また、有効ハミルトニアンの空間の中で現実物質を位置付けることで、所望の物性を示す物質へ近づくための指針を得ることできる。本研究で得られた実験データから有効ハミルトニアンを構成する手法は、従来の第一原理計算が困難な量子物質の理解と物質設計を推進する上で重要な役割を果たすことが期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Light-induced magnetization driven by interorbital charge motion in the spin-orbit assisted Mott insulator α-RuCl32022
Author(s)
T. Amano, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Konno, Y. Hasegawa, T. Aoyama, Y. Imai, K. Ohgushi, Y. Takeuchi, Y. Wakabayashi, K. Goto, Y. Nakayama, H. Kishida, K. Yonemitsu and S. Iwai
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 4
Issue: 3
Pages: 1-6
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Strongly Electron-Correlated Semimetal RuI3 with a Layered Honeycomb Structure2021
Author(s)
Kazuhiro Nawa, Yoshinori Imai, Youhei Yamaji, Hideyuki Fujihara,Wakana Yamada, Ryotaro Takahashi, Takumi Hiraoka, Masato Hagihala, Shuki Torii, Takuya Aoyama, Takamasa Ohashi, Yasuhiro Shimizu, Hirotada Gotou, Masayuki Itoh, Kenya Ohgushi, and Taku J. Sato
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Journal Title
Jounal of the Physical Society of Japan
Volume: 90
Issue: 12
Pages: 123703-123703
DOI
NAID
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Peer Reviewed
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