Information extraction and experimental design in condensed-matter experiments based on high-performance computational statistics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20522
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Otsuki Junya 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 義典 同志社大学, 文化情報学部, 准教授 (00767296) ; 吉見 一慶 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910) ; 横谷 尚睦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90311646)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 計算統計 / 圧縮センシング / スパースモデリング / コンプトン散乱 / フェルミ面 / フェルミオロジー / データ科学

Outline of Final Research Achievements

Applying high-performance computational statistics, we have developed a new method of analyzing condensed-matter experimental data. Specifically, we focused on Compton scattering experiments. Compton scattering occurs when a material is irradiated with X-rays, and its data contain information on the momentum distribution of electrons in the material. Since this data is a projection of the momentum distribution onto the scattering axis, reconstruction similar to computerized tomography (CT) is required to obtain the momentum distribution itself. However, this reconstruction is difficult because the data obtained from the measurement is not sufficient. We proposed a new method based on the compressed sensing to reconstruct the momentum distribution with high accuracy.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

化合物中の電子の運動量分布あるいはその不連続面であるフェルミ面は、化合物の金属としての性質を特徴付ける重要な物理量である。本研究は、これまでフェルミ面の測定法としては応用が限られていたコンプトン散乱の可能性を広げるものであり、今後の応用が広がるものと期待される。また、本研究は計算統計を物性実験に応用した実例としての意義もあり、この方法論の物性実験への応用の広がりも期待される。