2021 Fiscal Year Annual Research Report
Effective hamiltonian construction through combining numerical simulation with experimental approaches and its application to strongly correlated topological materials
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20H01850
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
山地 洋平 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子スピン液体 / 機械学習 / ベイズ最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画は、従来の第一原理電子状態計算では取り扱いが難しく、正しく量子縺れの構造を再現できない量子物質、中でも量子スピン液体と呼ばれる量子縺れが本質となる物質群に着目し、数値シミュレーションと実験データの統合による所望の物性を示す物質の設計を目指すものである。
上記目標の実現のため2021年度は、HΦとベイズ最適化プログラムPHYSBOの統合を進めた。強相関物質α-RuCl3の磁化過程に適用し、有効ハミルトニアンの推定を進めると同時に、有効ハミルトニアン推定のためのHΦとPHYSBOの統合パッケージ開発を進め、下記の通りベータ版の公開に至っている。
また本年度は、有効ハミルトニアン推定を向上させ、物質探索の可能性を広げるため、より多くの物質とさらなる実験データが必要となる。そこで、α-RuCl3, RuBr3, およびRuI3の第一原理計算と新物質RuI3を含む実験データとの比較による成果をまとめ、出版論文として結実させている。
対面での緊密な研究方針の検討が難しい社会情勢であったため、本年度予算を2022年度に繰越して、実験と理論それぞれの研究の進展についての報告と研究方針の策定、並びに成果の取りまとめるための短期集中の検討会を開催した。検討会では、微小結晶で採取可能な新たな実験測定方法や物質設計のための制御パラメータについて検討を行った。さらに、HΦとPHYSBOの統合パッケージのベータ版をgithubで公開するとともに、日本物理学会で、本パッケージの有用性および妥当性を検討した結果を発表した。
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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
実験と理論の共同研究が出版論文に結実するとともに、本課題で提案している有効ハミルトニアン推定手法の公開を行い、本年度の研究計画の中核となる課題を解決することができた。
一方で、α-RuCl3の有効ハミルトニアン推定については一定の進捗があるものの、論文公表までいただらず、今後一層研究を進める必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の研究では、α-RuCl3の有効ハミルトニアン推定を進めるとともに、RuBr3へ研究を広げていくため、実験と理論の緊密な連携をより一層進展させる。さらに、有効ハミルトニアン推定において、有効ハミルトニアン無いの結合定数推定の妥当性の検証を行う尤度関数の作成を進める。
なお、2021年度予算の一部を2022年度に繰り越し、本実績報告は2022年度末の実績に基づくため、上記方針に基づいて2022年度の研究を進めたことに留意いただきたい。
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