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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of theories for strongly correlated materials design

Research Project

Project/Area Number 21H01041
Research InstitutionOkayama 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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉見 一慶  東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910)
野村 悠祐  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (20793756)
品岡 寛  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40773023)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords強相関電子系 / 多極子秩序 / 磁性 / 第一原理計算 / 動的平均場法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、動的平均場法を用いた強相関化合物の第一原理計算法(DFT+DMFT法)の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。そのうち、本年度は応用に取り組み、以下の成果を得た。
1. クラスター多極子の感受率:単位胞に磁性原子が2つ以上存在する場合には、それらをひとまとめにしたクラスター多極子によって秩序状態を記述するのが便利である。第一原理計算に基づきクラスター多極子の秩序状態を調べるために、DFT+DMFT法で複数の原子が絡んだスピン・軌道感受率の定式化を行った。得られたスピン・軌道感受率をクラスター多極子の完全基底で表現することにより、クラスター多極子感受率が計算できるようになった。
2. CeCoSiにおけるクラスター多極子感受率:クラスター多極子感受率の応用として、CeCoSiに注目した。この化合物は非共型な空間群に属し、単位胞に2つのCe原子を持つ。これまでの実験研究から反強的な四極子秩序の可能性が示唆されている。この化合物に1の方法を応用し、クラスター多極子感受率を計算した。その結果、低温で見られている反強磁性秩序に対応した揺らぎが大きいことが分かった。四極子の可能性については、結晶場パラメータやf電子の遍歴性も考慮に入れたさらなる検討が必要である。
3. アルカリ超酸素における軌道秩序:アルカリ超酸素CsO2は酸素分子のπ軌道を占有する電子がスピンと軌道の自由度を持つ強相関電子系である。実験において短距離相関の強い磁気的振る舞いが観測されているが、その原因は未解決であった。本研究では軌道秩序と幾何学的フラストレーションが短距離相関の要因であることを提案した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (37 results)

All 2024 2023

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 7 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 11 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] H-wave ― A Python package for the Hartree-Fock approximation and the random phase approximation2024

    • Author(s)
      T. Aoyama, K. Yoshimi, K. Ido, Y. Motoyama, T. Kawamura, T. Misawa, T. Kato, and A. Kobayashi
    • Journal Title

      Computer Physics Communications

      Volume: 298 Pages: 109087~109087

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2024.109087

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Monte Carlo study on low-temperature phase diagrams of the J1-J2 classical XY kagome antiferromagnet2024

    • Author(s)
      F. Kakizawa, T. Misawa, and H. Shinaoka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: 014439-1 ~15

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.014439

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantics Tensor Cross Interpolation for High-Resolution Parsimonious Representations of Multivariate Functions2024

    • Author(s)
      M. K. Ritter, Y. N. Fernandez, M. Wallerberge, J. v. Delft, H. Shinaoka, and X. Waintal
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 132 Pages: 056501-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.132.056501

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetic fluctuations in Pb9Cu(PO4)6O2023

    • Author(s)
      M. Shimizu, J. Otsuki, and H. O. Jeschke
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: L201105-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.L201105

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure evolution of electronic structure and magnetism in the layered van der Waals ferromagnet CrGeTe32023

    • Author(s)
      H.-X. Xu, M. Shimizu, D. Guterding, J. Otsuki, and H. O. Jeschke
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 125142-1-13

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.125142

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comprehensive ab initio investigation of the phase diagram of quasi-one-dimensional molecular solids2023

    • Author(s)
      K. Yoshimi, T. Misawa, T. Tsumuraya, and H. Seo
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 36401~36401

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.036401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interface tool from Wannier90 to RESPACK: wan2respack2023

    • Author(s)
      K. Kurita, T. Misawa, K. Yoshimi, K. Ido, and T. Koretsune
    • Journal Title

      Computer Physics Communications

      Volume: 292 Pages: 108854~108854

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2023.108854

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Helical magnetic state in the vicinity of the pressure-induced superconducting phase in MnP2023

    • Author(s)
      S. E. Dissanayake, M. Matsuda, K. Yoshimi, S. Kasamatsu, F. Ye, S. Chi, W. Steinhardt, G. Fabbris, S. Haravifard, J. Cheng, J. Yan, J. Gouchi, and Y. Uwatoko
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Pages: 43026~43026

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.043026

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Configuration sampling in multi-component multi-sublattice systems enabled by ab Initio Configuration Sampling Toolkit (abICS)2023

    • Author(s)
      S. Kasamatsu, Y. Motoyama, K. Yoshimi, and T. Aoyama
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials: Methods

      Volume: 3 Pages: 2284218~2284218

    • DOI

      10.1080/27660400.2023.2284128

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Material-based analysis of spin-orbital Mott insulators2023

    • Author(s)
      R. Iwazaki, H. Shinaoka, and S. Hoshino
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: L241108-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.L241108

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hidden covalent insulator and spin excitations in SrRu2O62023

    • Author(s)
      D. Csontosova, J. Chaloupka, H. Shinaoka, A. Hariki, and J. Kunes
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 195137-1~7

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.195137

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multiscale Space-Time Ansatz for Correlation Functions of Quantum Systems Based on Quantics Tensor Trains2023

    • Author(s)
      H. Shinaoka, M. Wallerberger, Y. Murakami, K. Nogaki, R. Sakurai, P. Werner, and A. Kauch
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 13 Pages: 021015-1~27

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.13.021015

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of anomalous Hall resonance of massive Dirac fermions in topological kagome-lattice magnet2023

    • Author(s)
      Y. Okamura, K. Shoriki, Y. Nomura, Y. Fujishiro, A. Kitaori, N. Kanazawa, R. Arita, Y. Tokura, and Y. Takahashi
    • Journal Title

      npj Quantum Materials

      Volume: 8 Pages: 57-1~7

    • DOI

      10.1038/s41535-023-00589-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A microscopic Kondo lattice model for the heavy fermion antiferromagnet CeIn32023

    • Author(s)
      W. Simeth, Z. Wang, E. A. Ghioldi, D. M. Fobes, A. Podlesnyak, N. H. Sung, E. D. Bauer, J. Lass, J. Vonka, D. G. Mazzone, C. Niedermayer, Yusuke Nomura, Ryotaro Arita, C. D. Batista, F. Ronning, and M. Janoschek
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 8239-1~10

    • DOI

      10.1038/s41467-023-43947-z

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Instability of the Pa3- fulleride Cs360 at ambient pressure and superconducting state of the fcc phase2023

    • Author(s)
      C. Yue, Y. Nomura, K. Prassides, and P. Werner
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: L220508-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.L220508

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Boltzmann machines and quantum many-body problems2023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 36 Pages: 073001-1~14

    • DOI

      10.1088/1361-648X/ad0916

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アルカリ超酸化物CsO2における軌道秩序とフラストレート磁性状態2024

    • Author(s)
      柴田康平, 中惇, H.O.Jeschke, 大槻純也
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
  • [Presentation] Pb9Cu(PO4)6O(いわゆるLK-99)の電子構造および磁気構造2024

    • Author(s)
      清水真, 大槻純也, H. O. Jeschke
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
  • [Presentation] Theoretical design of cuprate-analog d9 nickelates2024

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      CEMS symposium on Emergent Quantum Materials 2024
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 人工ニューラルネットワークを用いた量子多体問題の解析2024

    • Author(s)
      野村悠祐
    • Organizer
      計算物理 春の学校 2024
    • Invited
  • [Presentation] 多極子を用いた電子状態および応答の記述と物質設計にむけて2023

    • Author(s)
      大槻純也
    • Organizer
      第17回 物性科学領域横断研究会
  • [Presentation] Multipolar susceptibilities within dynamical mean-field theory and its applications2023

    • Author(s)
      J. Otsuki
    • Organizer
      Computational approaches to quantum many-body systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Multipolar susceptibilities and interactions within dynamical mean-field theory and its applications2023

    • Author(s)
      J. Otsuki
    • Organizer
      Trends in Theory of Quantum Materials 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] κ-(BEDT-TTF)2Xの電子構造および超伝導に関する理論研究2023

    • Author(s)
      清水真, D. Guterding, 大槻純也, H. O. Jeschke
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [Presentation] アルカリ超酸化物CsO2のスピン・軌道有効モデルと基底状態相図2023

    • Author(s)
      柴田康平, 中惇, H. O. Jeschke, 大槻純也
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [Presentation] B01計画研究の概要2023

    • Author(s)
      大槻純也
    • Organizer
      アシンメトリ量子 キックオフミーティング
  • [Presentation] データ駆動科学を活用した物質設計に向けたソフトウェア開発事例の紹介2023

    • Author(s)
      吉見一慶, 本山裕一, 青山龍美, 川島直輝
    • Organizer
      金属学会 2023秋季大会
  • [Presentation] Development of a scheme for the computational simulation of materials science toward the effective data generation and use2023

    • Author(s)
      K. Yoshimi
    • Organizer
      MRM2023 IUMRS-ICA 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ニッケル酸化物超伝導体の電子構造と物質デザイン2023

    • Author(s)
      野村悠祐
    • Organizer
      金研研究会「強相関物質における創発物性研究の現状と将来展望」
    • Invited
  • [Presentation] The Nickel Age of Superconductivity: Comparison with Cuprates and Theoretical Design of Cuprate-analog Nickelates2023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum many-body problems and artificial neural network2023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      CCP2023 - 34th IUPAP Conference on Computational Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Artificial neural networks for analyzing quantum many-body correlations2023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      Conference of Condensed Matter Physics (CCMP) 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 人工ニューラルネットワークを用いた強相関電子系の解析2023

    • Author(s)
      野村悠祐
    • Organizer
      研究会「強相関電子系のフロンティア」
    • Invited
  • [Presentation] Doping Asymmetry and Layer-Selective Metal-Insulator Transition in Trilayer K3C602023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      The Asia-Pacific Workshop on Strongly Correlated Systems 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum many-body solvers using artificial neural networks2023

    • Author(s)
      Y. Nomura
    • Organizer
      Computational Approaches to Quantum Many-Body Systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 量子多体問題と人工ニューラルネットワーク2023

    • Author(s)
      野村悠祐
    • Organizer
      ipi - ダイキン シンポジウム
    • Invited
  • [Book] Pythonによる計算物理2023

    • Author(s)
      大槻純也
    • Total Pages
      224
    • Publisher
      森北出版
    • ISBN
      978-4-627-17081-0

URL: 

Published: 2024-12-25  

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