2022 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 / 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物性予測が困難な、非自明な量子縺れ構造を示す量子物質に着目し、数値シミュレーションと実験データをベイズ最適化を用いて組み合わせることで物質設計を目指すものである。研究代表者らが開発を主導してきた独自のオープンソース・アプリケーションHΦを量子多体シミュレータに用い、実験データを入力とし、理論あるいは第一原理計算に基づく有効ハミルトニアンを『事前知識』として、低エネルギー有効ハミルトニアンのベイズ最適化を行うアルゴリズムの開発およびHΦの拡張機能としての実装・公開を進めてきた。
本年度は、昨年度に引き続き、磁化過程の実験データと第一原理計算に基づいて強相関物質の有効ハミルトニアンの決定を行った。α-RuCl3の磁化過程へHΦとベイズ最適化プログラムPHYSBOを適用し、実験データを再現する尤もらしいハミルトニアンの結合定数を決定した。また、PHYSBOによって得られたガウス過程から、所与のハミルトニアンに基づいて計算した物理量と対応する実験データとの2乗誤差に基づく尤度を求め、結合定数の不確かさの評価を進めた。
昨年度に引き続き、キタエフ物質の物質合成と物性測定を進め、結晶構造・磁気構造・磁化率・磁気輸送係数・ラマン分光学スペクトルなどの実験データを収集した。これらのデータに基づき、α-RuCl3, RuBr3, およびRuI3の第一原理計算との比較を進め、混晶系におけるモット転移の機構を提案した。また磁場を印加することによる電気抵抗の変化から、RuI3における質量の無いディラック電子発現可能性についても提案した。これらの実験データにより、量子スピン液体探索に向けた物質空間が拡張された。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(10 results)
