Microscopic derivation of multipolar ordering based on dynamical mean-field theory

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04301
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 多極子秩序 / 動的平均場法 / 磁性 / 強相関電子系 / 第一原理計算 / ベーテ・サルピータ方程式 / 動的平均場理論 / f電子系

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、現実的な結晶構造に由来する複雑な電子状態とf電子間のクーロン斥力に由来する多体効果の両方を考慮することで、多極子秩序の微視的な計算を行うことを目標としている。そのために、密度汎関数法（DFT）と動的平均場法（DMFT）を組み合わせたDFT+DMFT法と呼ばれる方法論に関連した理論の構築を行った。
(1) DMFT法では、波数依存感受率χ(q)を計算することで多極子秩序の秩序変数や転移温度を決定できる。しかし、f軌道の自由度を全て含めて多体効果を考慮することは困難で、これまでは簡単化した模型を用いた定性的な議論しか行われてこなかった。この問題を解決して定量的な議論を可能とするために、我々はχ(q)の導出法を見直し、比較的簡単な計算で実行できる公式を導出した。この公式は、これまで軌道自由度に起因する計算量的困難により実行できなかった現実的な系における多極子揺らぎの計算を可能とするものであり、DFT+DMFT法による波数依存感受率計算の応用範囲を広げるものである。
(2) 軌道自由度や強相関系で重要となる物理量の振動数依存性などの複雑な自由度を効率よく扱うために、データ科学の方法論の応用に取り組んだ。具体的には、スパースモデリングと呼ばれる方法を用いた解析接続法の開発とそれに関連した数値計算ライブラリの公開、irbasisと呼ばれる松原グリーン関数の振動数依存性を極めて効率よく表現できる新しい直交基底系に関するライブラリの開発・公開、スパースサンプリングと呼ばれる方法による一粒子および二粒子グリーン関数の効率的な計算方法を開発した。スパースモデリングに関する招待総説記事を英文誌Journal of the Physical Society of Japanにて出版した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sparse Modeling in Quantum Many-Body Problems (2020)
  • Author(s): Otsuki Junya、Ohzeki Masayuki、Shinaoka Hiroshi、Yoshimi Kazuyoshi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 1 Pages: 012001-012001
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.012001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sparse sampling and tensor network representation of two-particle Green's functions (2020)
  • Author(s): Shinaoka Hiroshi、Geffroy Dominique、Wallerberger Markus、Otsuki Junya、Yoshimi Kazuyoshi、Gull Emanuel、Kunes Jan
  • Journal Title: SciPost Physics Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.21468/scipostphys.8.1.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical response in the excitonic insulating state: Variational cluster approach (2020)
  • Author(s): Li Hengyue、Otsuki Junya、Naka Makoto、Ishihara Sumio
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 12 Pages: 125117-125117
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.125117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strong-coupling formula for momentum-dependent susceptibilities in dynamical mean-field theory (2019)
  • Author(s): Otsuki Junya、Yoshimi Kazuyoshi、Shinaoka Hiroshi、Nomura Yusuke
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.165134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SpM: Sparse modeling tool for analytic continuation of imaginary-time Green’s function (2019)
  • Author(s): Yoshimi Kazuyoshi、Otsuki Junya、Motoyama Yuichi、Ohzeki Masayuki、Shinaoka Hiroshi
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 244 Pages: 319-323
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2019.07.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] irbasis: Open-source database and software for intermediate-representation basis functions of imaginary-time Green’s function (2019)
  • Author(s): Chikano Naoya、Yoshimi Kazuyoshi、Otsuki Junya、Shinaoka Hiroshi
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: - Pages: 181-188
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2019.02.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CT-X: An efficient continuous-time quantum Monte Carlo impurity solver in the Kondo regime (2019)
  • Author(s): Yue Changming、Wang Yilin、Otsuki Junya、Dai Xi
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 236 Pages: 135-152
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2018.10.025
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Overcomplete compact representation of two-particle Green's functions (2018)
  • Author(s): Shinaoka Hiroshi、Otsuki Junya、Haule Kristjan、Wallerberger Markus、Gull Emanuel、Yoshimi Kazuyoshi、Ohzeki Masayuki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.205111
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Performance analysis of a physically constructed orthogonal representation of imaginary-time Green's function (2018)
  • Author(s): Chikano Naoya、Otsuki Junya、Shinaoka Hiroshi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.035104
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 動的平均場法に基づく非局所相互作用の新しい公式とその応用 (2020)
  • Author(s): 大槻純也
  • Organizer: J-Physics領域全体会議
• [Presentation] 統合型動的平均場オープンソースソフトウェアDCore ver. 2の紹介 (2020)
  • Author(s): 品岡寛, 大槻純也, 竹森那由多, 河村光晶, 吉見一慶
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会(2020年)
• [Presentation] スパースモデリング解析接続への虚時間相関情報の導入 II (2020)
  • Author(s): 本山裕一, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会(2020年)
• [Presentation] Strong-coupling formula of momentum-dependent susceptibilities in dynamical mean-field theory (2019)
  • Author(s): J. Otsuki, K. Yoshimi, H. Shinaoka, Y. Nomura
  • Organizer: International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences (FCES19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多極子秩序の第一原理計算の現状報告 (2019)
  • Author(s): 大槻純也
  • Organizer: J-Physics 地域研究会
• [Presentation] Strong-coupling formula for momentum-dependent susceptibilities in the dynamical mean-field theory (2019)
  • Author(s): J. Otsuki, K. Yoshimi, H. Shinaoka, Y. Nomura
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial Correlations and Superconductivity in Dynamical Mean-Field Theory (2019)
  • Author(s): J. Otsuki
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 動的平均場理論による非局所相互作用の見積もりについて (2019)
  • Author(s): 大槻純也
  • Organizer: 第3回 動的平均場近似計算に関する情報交流会
• [Presentation] スパースモデリング解析接続への虚時間相関情報の導入 (2019)
  • Author(s): 本山裕一, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] NpPd5Al2の5f電子状態と重い電子状態の起源 (2019)
  • Author(s): 目時直人, 青木大, J.-C. Griveau, 大槻純也
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Charge Reconstruction in Magnetic Heterostructures (2019)
  • Author(s): Andreas Weh, Liviu Chioncel, Junya Otsuki, Ulrich Eckern
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cd2Re2O7の第一原理有効模型の構築と解析 (2019)
  • Author(s): 近野直也, 野村悠祐, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [Presentation] 量子モンテカルロ法における二粒子グリーン関数の圧縮計測 (2019)
  • Author(s): 品岡寛, Dominique Geffroy, B, Markus Wallerberger, Jan Kunes, Emanuel Gull, 吉見一慶, 大槻純也
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [Presentation] スパースモデリングとIR基底を用いた温度グリーン関数のノイズ軽減 (2019)
  • Author(s): 比屋根和樹, 近野直也, 大槻純也, 吉見一慶, 大関真之, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年）
• [Presentation] Recent progress on dynamical mean-field calculations of spin, orbital and multipolar ordering (2019)
  • Author(s): Junya Otsuki
  • Organizer: Emergent Condensed-Matter Physics 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 動的平均場法を用いた理論計算の現状とコバルト化合物への応用可能性 (2019)
  • Author(s): 大槻純也
  • Organizer: 第2回コバルト研究会
  • Invited
• [Presentation] Dynamical susceptibility in DMFT: a sparse QMC sampling approach (2019)
  • Author(s): Dominique Geffroy, Hiroshi Shinaoka, Jan Kunes, Junya Otsuki, Markus Wallerberger, Emanuel Gull, Kazuyoshi Yoshimi
  • Organizer: ドイツ物理学会 March meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動的平均場理論による多体量子計算を行うためのツールDCoreの利用方法・シミュレーション事例について (2018)
  • Author(s): 吉見一慶, 河村光晶, 品岡寛, 大槻純也, 本山裕一, 加藤岳生
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 強相関領域における動的平均場理論ベーテ・サルピータ方程式の近似解 (2018)
  • Author(s): 大槻純也, 吉見一慶, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 温度グリーン関数の圧縮基底：数値計算ライブラリと応用例の紹介 (2018)
  • Author(s): 品岡寛, 近野直也, 吉見一慶, 大槻純也, 大関真之
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] スパースモデリングとパデ近似を組み合わせた解析接続法 (2018)
  • Author(s): 本山裕一, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Strong-coupling solution of the Bethe-Salpeter equation in DMFT (2018)
  • Author(s): Junya Otsuki
  • Organizer: 第2回 動的平均場近似計算に関する情報交流会
• [Presentation] Recent progress on dynamical mean-field calculations of multipole ordering (2018)
  • Author(s): Junya Otsuki
  • Organizer: International Workshop on j-fermion Physics and Materials
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: http://www.physics.okayama-u.ac.jp/~otsuki/