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2017 Fiscal Year Annual Research Report

コヒーレントフォノン信号の疎性モデリング解析による光誘起構造変化へのアプローチ

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 16H01552
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

赤井 一郎  熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (20212392)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywordsデータ駆動科学 / マテリアルズインフォマティクス / ベイズ分光 / スパースモデリング / コヒーレントフォノン / 光物性
Outline of Annual Research Achievements

光誘起構造変化は光で協調的な構造変化を引き起こす現象で、そのダイナミクス解明は光物性分野の主命題である。その中でコヒーレントフォノン(CP)計測法は、そのダイナミクスを振動モードの時系列変化として捉えることが可能である。
当該年度では、初年度にCP信号解析で実績を上げたベイズ推定を様々な光誘起現象のスペクトル分解解析(ベイズ分光)に適用するとともに、仮想計測解析(VMA)にも取り組んだ。その結果、タイプII超格子半導体において、光誘起の高密度相である電子正孔液滴状態が安定化することを統計的確証とともに示した。VMAでは、CP信号のモード解析におけるノイズ耐性と、スペクトル分解における均一幅と不均一幅の競合と分離の可能性について明らかにした。
一方スパースモデリング(SpM)については、CP信号の解析において、モード振幅のスパース性を取り入れた動的モード分解(SpDMD: Sparsity-promoting Dynamic Mode Decomposition)を適用した。その結果、実験データにおいて、物質固有の2つの固有モードに加え実験的アーティファクトであるベース信号の揺らぎとポンプレーザー由来のスパイク応答までも自動的に分解・抽出が出来ることを示した。また、その様なCP信号を想定した人工データを対象にして、SpDMDで推定される振動モードパラメータの推定精度を評価した。その結果、CP信号の励振機構の同定で重要な振動初期位相が、高精度に推定できることを示した。
またSpDMDで用いたSpMは振動性の信号で有効に機能することから、放射光を用いて計測される広域X線吸収微細構造(EXAFS)の振動性波形の解析に適用させた。今後これらの実績に基づき、様々なCP信号の解析やEXAFS信号の解析にSpMを適用させ、データ駆動科学の発展に寄与する。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (39 results)

All 2018 2017

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 9 results)

  • [Journal Article] Bayesian Spectroscopy of Admixed Photoluminescence Spectra with Exciton, Biexciton and Electron Hole Droplet States in a GaAs/AlAs Type-II Superlattice2018

    • Author(s)
      K. Iwamitsu、Y. Furukawa、M. Nakayama、M. Okada、I. Akai
    • Journal Title

      Journal of Luminescence

      Volume: 197 Pages: 18~22

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2018.01.002

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of Coherent Phonon Signals by Sparsity-promoting Dynamic Mode Decomposition2018

    • Author(s)
      S. Murata、S. Aihara、S. Tokuda、K. Iwamitsu、K Mizoguchi、I. Akai、M. Okada
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 87 Pages: 054003-1~5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.054003

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bayesian spectroscopy in solid-state photo-physics2018

    • Author(s)
      I. Akai, K. Iwamitsu, M. Okada
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: in press Pages: 1-13

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ベイズ推定による直線回帰解析の再考I2017

    • Author(s)
      山代哲也、有嶋駿士郎、切通愛莉紗、岩満一功、赤井一郎
    • Journal Title

      第28回光物性研究会論文集

      Volume: 1 Pages: 115-118

  • [Journal Article] ベイズ分光を用いた固体材料のデータ解析2017

    • Author(s)
      岩満一功、岡田真人、赤井一郎
    • Journal Title

      第28回光物性研究会論文集

      Volume: 1 Pages: 119-122

  • [Journal Article] Cu2O薄膜結晶における黄色1Sオルソ励起子発光強度の偏光依存性とそのベイズ分光2017

    • Author(s)
      切通愛莉紗、有嶋駿士郎、岩満一功 、赤井一郎
    • Journal Title

      第28回光物性研究会論文集

      Volume: 1 Pages: 127-130

  • [Presentation] 原子層厚グラフェンX線光電子スペクトルのベイズ分光2018

    • Author(s)
      有嶋駿士郎, 岩満一功, 高橋和敏, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会 22aPS-79
  • [Presentation] レプリカ交換モンテカルロ法によるCu2O薄膜結晶の励起子発光偏光特性のベイズ分光2018

    • Author(s)
      水牧仁一朗, 切通愛莉沙, 有嶋駿士郎, 岩満一功, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会 22aPS-85
  • [Presentation] ベイズ分光を用いたGaAs/AlAsタイプII超格子における高密度励起状態の時間分解発光スペクトル解析2018

    • Author(s)
      岩満一功, 中山正昭, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会 22aPS-90
  • [Presentation] ベイズ分光の基礎:直線回帰解析の再考2018

    • Author(s)
      山代哲也, 有嶋駿士郎, 切通愛莉紗, 岩満一功, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会 22aPS-109
  • [Presentation] データ駆動科学に基づく光物性研究2018

    • Author(s)
      赤井一郎, 岩満一功, 岡田真人
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会 23pK502-1
  • [Presentation] 先端物性計測におけるデータ駆動科学2018

    • Author(s)
      赤井一郎
    • Organizer
      兵庫県立大学・第6回放射光産業利用支援講座
    • Invited
  • [Presentation] 光物性・放射光計測とデータ駆動科学の融合2018

    • Author(s)
      赤井一郎
    • Organizer
      2018年超高分解能顕微鏡法分科会・研究会
    • Invited
  • [Presentation] EXAFSスペクトルのスパースモデリング-I2018

    • Author(s)
      赤井一郎, 岩満一功, 五十嵐康彦, 岡田真人, 岡島敏浩, 平井康晴
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム 4D003
  • [Presentation] EXAFSスペクトルのスパースモデリング-II2018

    • Author(s)
      瀬戸山寛之, 赤井一郎, 岩満一功, 五十嵐康彦, 岡田真人, 岡島敏浩, 平井康晴
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム 4D004
  • [Presentation] ベイズ分光による原子層厚グラフェン・X線光電子スペクトルのスペクトル分解2018

    • Author(s)
      有嶋駿士郎, 岩満一功, 高橋和敏, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム 10P038
  • [Presentation] データ駆動科学に基づく光物性研究2017

    • Author(s)
      赤井一郎
    • Organizer
      新学術領域「疎性モデリング」第5回公開シンポジウム
  • [Presentation] ベイズ推定による直線回帰解析の再考I2017

    • Author(s)
      山代哲也、有嶋駿士郎、切通愛莉紗、岩満一功、赤井一郎
    • Organizer
      第28回光物性研究会 IB-28
  • [Presentation] ベイズ分光を用いた固体材料のデータ解析2017

    • Author(s)
      岩満一功、岡田真人、赤井一郎
    • Organizer
      第28回光物性研究会 IB-29
  • [Presentation] Cu2O薄膜結晶における黄色1Sオルソ励起子発光強度の偏光依存性とそのベイズ分光2017

    • Author(s)
      切通愛莉紗、有嶋駿士郎、岩満一功、赤井一郎
    • Organizer
      第28回光物性研究会 IB-31
  • [Presentation] 光物性におけるデータ駆動科学2017

    • Author(s)
      赤井一郎
    • Organizer
      第273回SPring-8セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 光物性におけるデータ駆動科学2017

    • Author(s)
      赤井一郎
    • Organizer
      「MI2 新材料探索のためのデータ科学」チュートリアルセミナー・第6回 計測インフォマティクス
    • Invited
  • [Presentation] スパースモデリングによる広域X線吸収微細構造の新規解析法II2017

    • Author(s)
      赤井一郎, 岩満一功, 五十嵐康彦, 岡田真人, 岡島敏浩, 平井康晴
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会 22aB21-6
  • [Presentation] 原子層厚グラフェンのX線光電子スペクトルのベイズ推定とモデル選択2017

    • Author(s)
      有嶋駿士郎, 岩満一功, 高橋和敏, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会 23pPSA-24
  • [Presentation] Cu2O薄膜における黄色1S ortho励起子発光強度の偏光依存性とそのベイズ推定(1)2017

    • Author(s)
      切通愛莉紗, 岩満一功, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会 23pPSA-29
  • [Presentation] Cu2O薄膜における黄色1S ortho励起子発光強度の偏光依存性とそのベイズ推定(2)2017

    • Author(s)
      切通愛莉紗, 岩満一功, 赤井一郎
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会 23pPSA-30
  • [Presentation] EXAFSスペクトルのスパースモデリング2017

    • Author(s)
      赤井一郎、岩満一功、五十嵐康彦、岡田真人、岡島敏浩、平井康晴
    • Organizer
      物質・材料研究機構/九州シンクロトロン光研究センター合同シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 放射光計測とデータ駆動科学の融合-EXAFS解析を中心に-2017

    • Author(s)
      赤井一郎、岩満一功、五十嵐康彦、岡田真人、岡島敏浩、平井康晴
    • Organizer
      第20回XAFS討論会
    • Invited
  • [Presentation] ベイズ推定によるコヒーレントフォノン減衰振動の高精度モデリング2017

    • Author(s)
      赤井一郎, 岩満一功, 岡田真人
    • Organizer
      新学術領域「疎性モデリング」2017年度第1回公開シンポジウム
  • [Presentation] EXAFS(広域X線吸収微細構造)のスパースモデリング2017

    • Author(s)
      赤井一郎, 岩満一功, 五十嵐康彦, 岡田真人, 岡島敏浩, 平井康晴
    • Organizer
      2017年度人工知能学会全国大会 2I4-OS-10b-1
  • [Presentation] SpDMDによるコヒーレントフォノンの減衰振動モード分解2017

    • Author(s)
      岩満一功, 相原慎吾, 溝口幸司, 五十嵐康彦, 村田 伸, 岡田真人, 赤井一郎
    • Organizer
      2017年度人工知能学会全国大会 2I2-1
  • [Presentation] Bayesian Spectroscopy for Spectral and Normal Mode Analyses in Solid-State Materials2017

    • Author(s)
      K. Iwamitsu, M. Okada, I. Akai
    • Organizer
      International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation (ISKSR5)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy of excitonic photoluminescence spectra in Cu2O thin crystals2017

    • Author(s)
      A. Kiridoshi, S. Arishima, M. Mizumaki, K. Iwamitsu, I. Akai
    • Organizer
      International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation (ISKSR5)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy of x-ray photoelectron spectra in graphenes having atomic thicknesses on SiC substrates2017

    • Author(s)
      S. Arishima, K. Iwamitsu, K. Takahashi, M. Okada, I. Akai
    • Organizer
      International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation (ISKSR5)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy in solid-state photo-physics2017

    • Author(s)
      I. Akai, K. Iwamitsu, M. Okada
    • Organizer
      International Meeting on "High-Dimensional Data-Driven Science" (HD3-2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy for spectral and normal mode analyses in solid-state materials2017

    • Author(s)
      K. Iwamitsu, M. Okada, I. Akai
    • Organizer
      International Meeting on "High-Dimensional Data-Driven Science" (HD3-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy of x-ray photoelectron spectra in graphenes having atomic thicknesses on SiC substrates2017

    • Author(s)
      S. Arishima, K. Iwamitsu, K. Takahashi, M. Okada, I. Akai
    • Organizer
      International Meeting on "High-Dimensional Data-Driven Science" (HD3-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian spectroscopy of excitonic photoluminescence spectra in Cu2O thin crystals2017

    • Author(s)
      A. Kiridoshi, S. Arishima, M. Mizumaki, K. Iwamitsu, I. Akai
    • Organizer
      International Meeting on "High-Dimensional Data-Driven Science" (HD3-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sparse modeling of extended x-ray absorption fine structures2017

    • Author(s)
      I. Akai
    • Organizer
      4th International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation: Cooperation of Experiments and Computer Sciences
    • Int'l Joint Research / Invited

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Published: 2018-12-17  

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