ベイズ理論に基づいた3次元原子イメージの精密化

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
• Project/Area Number: 16H01553
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 細川 伸也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30183601)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: データ駆動科学 / 原子イメージ / 放射光科学 / 逆問題

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、蛍光X線ホログラフィーの測定結果の解析について、これまで一般的に行われてきたフーリエ変換による順問題ではなく、原子配列を仮定する逆問題を導入する。ほとんどの位置に原子が存在しないスパース性を考慮して、物理的に正しく精緻な原子像を再現することを目指している。平成28年度にはまず、スパースモデリングを用いた解析の手法についてJSPS外国人特別研究員と共に、計画班、他の公募班あるいは共同研究者から深く学修し、それを蛍光X線ホログラフィーのデータの解析に用いるための詳しい検討を行った。既存のコンピュータプログラムを詳しく精査しながら、改良を進め、まず一例として、トポロジカル絶縁体として知られる、Mnを添加したBi2Te3の不純物のまわりの局所構造を探求する実験結果の解析に適用した。その結果、フーリエ変換では得られなかった原子像を明白に見い出すことができ、これまではっきりとはわからなかった不純物の位置が原子層の間の特殊な位置に選択的に存在しているだけではなく、別の位置にも置換型で存在し、まわりの原子位置に歪みを与えているという明確な回答を出すことができた。この結果は、現在物理分野で権威のある雑誌Physical Review Bに論文として投稿した。今後は同様な解析を測定の終わっている他の系、例えばFe系高温超伝導体、DVDなどの光誘起相変化材料、熱電材料、準結晶などにも適用し、弱かった原子イメージの再構築、位置分解能の飛躍的な改良あるいは位置ゆらぎの定量的な導出に取り組む。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

スパースモデリングは新規に取り組んだ解析手法であったが、計画研究班、他の公募研究者あるいは共同研究者やの多大な協力などにより、既に論文投稿のレベルまで到達したことは望外の進展である。研究協力者に感謝申し上げたい。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、逆問題の手法の一つである逆モンテカルロ法の世界的な権威である、ハンガリー科学院の研究者を熊本大学に招聘し、4ヶ月間滞在いただけることになった。この機会を捉えてスパースモデリングの高度化をさまざまな物質系、例えばFe系高温超伝導体、DVDなどの光誘起相変化材料、熱電材料、準結晶などのさまざまな機能性物質の局在3次元原子配列の解明に取り組むとともに、他の公募研究者とともに熊本大学をデータ駆動科学の拠点となるような成果を出していきたいと考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CNRS
• [Int'l Joint Research] マールブルク大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マールブルク大学
• [Int'l Joint Research] ヤギォ大学(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: ヤギォ大学
• [Int'l Joint Research] ハンガリー科学院(ハンガリー)
  • Country Name: HUNGARY
  • Counterpart Institution: ハンガリー科学院
• [Journal Article] In-plane disordering of Zn-Y clusters in single crystal Mg85Zn6Y9 alloy studied by X-ray fluorescence holography (2017)
  • Author(s): K. Kimura, K. Hayashi, K. Hagihara, H. Izuno, N. Happo, S. Hosokawa, M. Suzuki, and H. Tajiri
  • Journal Title: Materials Transaction Volume: 58 Pages: 539-542
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local structure analysis of Cu(In,Ga)Se2 by x-ray fluorescence holography (2017)
  • Author(s): S. Shirakata, Y. Kitamura, N. Happo, S. Hosokawa, and K. Hayashi
  • Journal Title: Physica Status Solidi C Volume: 14 Pages: 1600171-1-4
  • DOI: 10.1002/pssc.201600171
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Local atomic structure near a Nb atom in beta-Ti alloys (2017)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa, and H. Tajiri
  • Journal Title: Acta Materialia Volume: 131 Pages: 534-542
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical and orbital fluctuations in Ba3CuSb2O9 (2016)
  • Author(s): Y. Wakabayashi, D. Nakajima, Y. Ishiguro, K. Kimura, T. Kimura, S. Tsutsui, A. Q. R. Baron, K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa, K. Ohwada, and S. Nakatsuji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 93 Pages: 245117-1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.245117
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによる10H型Mg75Zn10Y15LPSO合金におけるZnまわり局所構造解析 (2017)
  • Author(s): 木村耕治、林好一、西岡拓巳、萩原幸司、伊津野仁史、八方直久、細川伸也、鈴木基寛
  • Organizer: 日本金属学会2017年春期講演大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるFe65Ni35インバー合金のスピン状態選択局所構造の研究 (2017)
  • Author(s): 細川伸也、出口雄樹、Jens R. Stellhorn、八方直久、木村耕治、林好一、湯蓋邦夫
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-15
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるTaドープFe2VAl ホイスラー型熱電材料の局所構造解析 (2017)
  • Author(s): 木村耕治、林好一、山本健太、J. R. Stellhorn、戎佳宏、八方直久、 田尻寛男、尾崎徹、細川伸也、宮崎秀俊、西野洋一
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-15
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるFe65Ni35インバー合金のスピン状態選択局所構造の研究 (2017)
  • Author(s): 細川伸也、出口雄樹、八方直久、木村耕治、林好一、湯蓋邦夫
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるFe2VAlホイスラー型熱電材料のドーパントまわり局所構造解析 (2017)
  • Author(s): 木村耕治、林好一、山本健太、Jens R. Stellhorn、戎佳宏、八方直久、田尻寛男、尾崎徹、細川伸也、宮崎秀俊、西野洋一
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] A valence selective x-ray fluorescence holography study of YO (2017)
  • Author(s): J. R. Stellhorn、S. Hosokawa、K. Hayashi、N. Happo、H. Tajiri、T. Matsushita、K. Kaminaga、T. Fukumura、T. Hasegawa
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] 光触媒RhドープSrTiO3の活性サイトの局所構造評価 (2017)
  • Author(s): 林好一、木村耕治、八方直久、Jens Stellhorn、細川伸也、川崎聖治、M. Lippmaa、L. Kang、赤木和人、松井文彦、松下智裕
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [Presentation] X-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • Organizer: International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 2016-12-20 – 2016-12-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] スパースモデリングに基づいた蛍光X線ホログラフィー3次元原子イメージの精密化 (2016)
  • Author(s): 細川伸也、出口雄樹、Jens R. Stellhorn、赤井一郎
  • Organizer: 科学研究費補助金新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」2016年度公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学三田キャンパス）
  • Year and Date: 2016-12-19 – 2016-12-20
• [Presentation] X-ray fluorescence holography study on single crystal Mg85Zn6Y9 LPSO alloy: Analysis of the local structure around Zn (2016)
  • Author(s): K. Kimura, K. Hayashi, K. Hagihara, H. Izuno, N. Happo, and S. Hosokawa
  • Organizer: 3rd International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of the local structure in LPSO Mg75Zn10Y15 alloy from x-ray fluorescence holography (2016)
  • Author(s): T. Nishioka, K. Hayashi, K. Kimura, J. R. Stellhorn, N. Happo, K. Hagihara, H. Izuno, Y. Ebisu, Y. Ideguchi, M. Suzuki, T. Ozaki, and S. Hosokawa
  • Organizer: 3rd International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin state selective local structures in Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, T. Matsushita, M. Suzuki, K. Yubuta, Y. Ebisu, T. Ozaki, H, Ishii, Y.-F. Liao, J. R. Stellhorn, K. Kimura, and K. Hayashi
  • Organizer: 3rd International Symposium on Kumamto Synchrotron Radiation: Data Analysis and Data-Driven Science
  • Place of Presentation: Kumamoto
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, J. R. Stellhorn, M. Suzuki, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • Organizer: 3rd International Symposium on Kumamto Synchrotron Radiation: Data Analysis and Data-Driven Science
  • Place of Presentation: Kumamoto
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 蛍光 X 線ホログラフィーによるMg85Zn6Y9LPSO合金におけるZn-Zn相関 (2016)
  • Author(s): 木村耕治、林好一、萩原幸司、伊津野仁史、八方直久、細川伸也、鈴木基寛、田尻寛男
  • Organizer: 日本金属学会2016年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-21 – 2016-09-23
• [Presentation] 低温における高温超伝導体FeSe0.4Te0.6のFe原子のまわりのカルコゲン元素の配置 (2016)
  • Author(s): 出口雄樹、細川伸也、八方直久、戎佳弘、尾崎徹、木村耕治、林好一、Jens R. Stellhorn、鈴木基寛、岡崎宏之、山下愛智、高野義彦
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 価数揺動物質YbInCu4の蛍光X線ホログラフィーによる研究 (2016)
  • Author(s): 出口雄樹、細川伸也、八方直久、木村耕治、林好一、平岡耕一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] PrドープCaFe2As2の蛍光X線ホログラフィー：ドーパント周りの局所構造解析 II (2016)
  • Author(s): 工藤一貴、井岡賢志、八方直久、太田弘道、戎佳宏、山本健太、木村耕治、木村拓海、細川伸也、林好一、野原実
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] PrドープCaFe2As2の大型単結晶育成と蛍光X線ホログラフィーによるドーパント周りの局所構造解析 (2016)
  • Author(s): 井岡賢志、工藤一貴、八方直久、太田弘道、戎佳宏、山本健太、木村耕治、木村拓海、細川伸也、林好一、野原実
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 放射光X線を用いた多元系化合物の3次元原子イメージ (2016)
  • Author(s): 細川伸也
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
  • Invited
• [Presentation] Local structure analysis of Cu(In,Ga)Se2 by x-ray fluorescence holography (2016)
  • Author(s): S. Shirakata, Y. Kitamura, S. Yudate, N. Happo, S. Hosokawa, and K. Hayashi
  • Organizer: 20th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
  • Place of Presentation: Halle
  • Year and Date: 2016-09-05 – 2016-09-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FeNiインバー合金の局所構造 (2016)
  • Author(s): 出口雄樹、 細川伸也、湯蓋邦夫
  • Organizer: 第10回九州シンクロトロン光研究センター研究成果報告会
  • Place of Presentation: サンメッセ鳥栖
  • Year and Date: 2016-08-03 – 2016-08-03
• [Presentation] FeSeTe高温超伝導体の局所構造 (2016)
  • Author(s): 出口雄樹、 細川伸也、高野義彦
  • Organizer: 第10回九州シンクロトロン光研究センター研究成果報告会
  • Place of Presentation: サンメッセ鳥栖
  • Year and Date: 2016-08-03 – 2016-08-03
• [Presentation] Spin state selective local structures in Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, T. Matsushita, M. Suzuki, K. Yubuta, Y. Ebisu, T. Ozaki, H, Ishii, Y.-F. Liao, J. R. Stellhorn, K. Kimura, and K. Hayashi
  • Organizer: 39th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • Place of Presentation: Zurich
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray fluorescence holographic study on valence fluctuating material YbInCu4 (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, and K. Hiraoka
  • Organizer: Local 3D atomic and electronic structure imaging of functionally active sites
  • Place of Presentation: Zurich
  • Year and Date: 2016-07-01 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2016)
  • Author(s): Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, J. R. Stellhorn, M. Suzuki, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • Organizer: Local 3D atomic and electronic structure imaging of functionally active sites
  • Place of Presentation: Zurich
  • Year and Date: 2016-07-01 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 量子ビーム・３D活性サイト科学研究室
  • URL: http://crocus.sci.kumamoto-u.ac.jp/physics/SR/index.html