2022 Fiscal Year Annual Research Report
Frontiers of Condensed Matter Physics Pioneered by Neural Network
| Project Area | Foundation of "Machine Learning Physics" --- Revolutionary Transformation of Fundamental Physics by A New Field Integrating Machine Learning and Physics |
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| Project/Area Number |
22H05114
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
大槻 東巳 上智大学, 理工学部, 教授 (50201976)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大門 俊介 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20825434)
大江 純一郎 東邦大学, 理学部, 教授 (40510251)
今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
齊藤 英治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80338251)
永井 佑紀 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 副主任研究員 (20587026)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Keywords | ニューラルネットワーク / 物性物理 / 量子輸送現象 / 量子多体系 / 磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は立ち上げの年として，総括班と密接に連絡を取りながら研究体制の整備，博士研究員の選考を行い，また物性物理学の分野全体に貢献できるよう広報，情報公開，及び公募研究募集の準備を行った。
研究面では，これまで行ってきた多層畳み込みニューラルネットワークによるランダムな波動関数の分類を発展させ，auto encoderを用いて波動関数のイメージを生成することに成功した。これにより，数千次元のベクトルで表される波動関数のイメージを数次元に次元圧縮できるようになった。この次元圧縮した波動関数は機械学習の方法，例えばk-meanや混合ガウス分布により分類可能となる。これより教師データなしで波動関数を分類できるようになった。また磁性体中のマグノン波動関数の画像を用いて機械学習を行い、磁気超格子中のトポロジカルエッジモードの磁性相判別や臨界現象の解析を行った。
また，特に量子伝導に現れる複雑なゆらぎを理解する深層ニューラルネットワークを開発し、ゆらぎに隠れた物理系のミクロな情報の解析を行った。特にコンダクタンスの磁気指紋から，散乱状態を推定することに成功した。また，分担者である齊藤の研究室に完備された量子デバイス作製および測定の実験環境を利用し、ナノ量子細線の量子伝導測定を行い、実際に現実のデバイスにもこのニューラルネットワークが有効であることを実証した。さらにニューラルネットワークを活用し，特に分光学的実験や長時間実時間発展を解析する計算手法を開発応用した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
立ち上げの年として，順調に計画を遂行する体制を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは静的なイメージの分類に力を入れてきたが，今後は時間発展を機械学習で解析する。申請者の所属機関である上智大学から広めの研究室が提供されたので，そこをセミナーや研究交流の場として用い，国際的な拠点として活用する。また定期的に研究会を開催して，物性物理学やそれに関連した分野での情報交換を行う。
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[Journal Article] Nonlinear Magnon Polaritons2023
Author(s)
Oscar Lee, Kei Yamamoto, Maki Umeda, Christoph W Zollitsch, Mehrdad Elyasi, Takashi Kikkawa, Eiji Saitoh, Gerrit EW Bauer, Hidekazu Kurebayashi
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Journal Title
PHYSICAL REVIEW LETTERS
Volume: 130
Pages: 46703
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Laser-Induced Creation of Antiferromagnetic 180-Degree Domains in NiO/Pt Bilayers2023
Author(s)
Hendrik Meer, Stephan Wust, Christin Schmitt, Paul Herrgen, Felix Fuhrmann, Steffen Hirtle, Beatrice Bednarz, Adithya Rajan, Rafael Ramos, Miguel Angel Nino, Michael Foerster, Florian Kronast, Armin Kleibert, Baerbel Rethfeld, Eiji Saitoh, Benjamin Stadtmuller, Martin Aeschlimann, Mathias Klaeui
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Journal Title
ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
Volume: 33
Pages: 2213536
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Emission of coherent THz magnons in an antiferromagnetic insulator triggered by ultrafast spin-phonon interactions2023
Author(s)
E Rongione, O Gueckstock, M Mattern, O Gomonay, H Meer, C Schmitt, R Ramos, T Kikkawa, M Micica E Saitoh, J Sinova, H Jaffres, J Mangeney, STB Goennenwein, S Gepraegs, T Kampfrath, M Klaeui, M Bargheer, TS Seifert, S Dhillon, R Lebrun
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Journal Title
NATURE COMMUNICATIONS
Volume: 14
Pages: 1818
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Strain-induced shape anisotropy in antiferromagnetic structures2022
Author(s)
Meer, H.; Gomonay, O.; Schmitt, C.; Ramos, R.; Schnitzspan, L.; Kronast, F.; Mawass, M.; Valencia, S.; Saitoh, E.; Sinova, J.; Baldrati, L.; Klaeui M.
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Journal Title
PHYSICAL REVIEW B
Volume: 106
Pages: 94430
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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