第一原理計算による5dパイロクロア酸化物超格子系の物性解明

• 研究課題/領域番号: 16K17735
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 品岡 寛 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40773023)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 第一原理計算 / 量子多体系 / 量子モンテカルロ法 / 場の理論 / スパースモデリング / 動的平均場近似 / 量子不純物ソルバー / 強相関電子系

研究成果の概要

強相関遷移金属化合物界面の電子構造計算を実現するため、その基盤技術である量子モンテカルロ法に基づく量子不純物ソルバーの開発を行った。特に、混成項展開法 (CT-HYB)、相互作用展開法 (CT-INT)の2つの異なる原理に基づいたC++コードを開発した。また、スパースモデリングと呼ばれるデータ科学の手法を利用して、量子モンテカルロデータからのスペクトル関数の推定、温度グリーン関数のデータサイズ圧縮が可能であることを示した。並行して、強相関化合物の物性を計算するためのオープンソースソフトウェアDCoreを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電子間の強い斥力から非自明な量子多体現象が生じる。遷移金属酸化物は、その舞台として近年精力的に研究されている。本研究計画では、その物性を第一原理計算から明らかにする基礎技術が成果として得られた。特に、動的平均場近似法に基づく計算において必須となる高性能な量子不純物ソルバーの開発、スペクトル関数の推定技術が開発された。また、温度グリーン関数をコンパクトに表現する新しい方法論が開発された。現実の物質の物性の効率的な計算や実験との比較において重要な技術である。

研究成果

• [国際共同研究] アーヘン工科大学(ドイツ)
• [国際共同研究] フリブール大学(スイス)
• [国際共同研究] ミシガン大学/ラトガース大学(米国)
• [国際共同研究] チューリッヒ連邦工科大学/パウル・シェラー研究所(スイス)
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] Microsoft research(米国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] フリブール大学/スイス連邦工科大学チューリッヒ校(スイス)
• [国際共同研究] ミシガン大学(米国)
• [雑誌論文] Strong-coupling formula for momentum-dependent susceptibilities in dynamical mean-field theory (2019)
  • 著者名/発表者名: Otsuki Junya、Yoshimi Kazuyoshi、Shinaoka Hiroshi、Nomura Yusuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.165134
  • 査読あり
• [雑誌論文] irbasis: Open-source database and software for intermediate-representation basis functions of imaginary-time Green’s function (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikano Naoya、Yoshimi Kazuyoshi、Otsuki Junya、Shinaoka Hiroshi
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: - ページ: 181-188
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2019.02.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Limitations of constrained random phase approximation downfolding (2018)
  • 著者名/発表者名: Honerkamp Carsten、Shinaoka Hiroshi、Assaad Fakher F.、Werner Philipp
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.235151
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Performance analysis of a physically constructed orthogonal representation of imaginary-time Green's function (2018)
  • 著者名/発表者名: Chikano Naoya、Otsuki Junya、Shinaoka Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.035104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overcomplete compact representation of two-particle Green's functions (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinaoka Hiroshi、Otsuki Junya、Haule Kristjan、Wallerberger Markus、Gull Emanuel、Yoshimi Kazuyoshi、Ohzeki Masayuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.205111
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiferroic Magnetic Spirals Induced by Random Magnetic Exchanges (2018)
  • 著者名/発表者名: Scaramucci Andrea、Shinaoka Hiroshi、Mostovoy Maxim V.、Muller Markus、Mudry Christopher、Troyer Matthias、Spaldin Nicola A.
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevx.8.011005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compressing Green's function using intermediate representation between imaginary-time and real-frequency domains (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinaoka Hiroshi、Otsuki Junya、Ohzeki Masayuki、Yoshimi Kazuyoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 3 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.035147
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sparse modeling approach to analytical continuation of imaginary-time quantum Monte Carlo data (2017)
  • 著者名/発表者名: Otsuki Junya、Ohzeki Masayuki、Shinaoka Hiroshi、Yoshimi Kazuyoshi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 95 号: 6 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physreve.95.061302
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Continuous-time hybridization expansion quantum impurity solver for multi-orbital systems with complex hybridizations (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Shinaoka, Emanuel Gull, Philipp Werner
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 215 ページ: 128-136
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2017.01.003
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Updated Core Libraries of the ALPS Project (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Gaenko, A. E. Antipov, G. Carcassi, T. Chen, X. Chen, Q. Dong, L. Gamper, J. Gukelberger, R. Igarashi, S. Iskakov, M. Konz, J. P. F. LeBlanc, R. Levy, P. N. Ma, J. E. Paki, H. Shinaoka, S. Todo, M. Troyer, E. Gull
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 213 ページ: 235-251
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2016.12.009
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A spin-freezing perspective on cuprates (2016)
  • 著者名/発表者名: Philipp Werner, Shintaro Hoshino, Hiroshi Shinaoka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.245134
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Cd2Re2O7の第一原理有効模型の構築と解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 近野直也, 野村悠祐, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年)
• [学会発表] 量子モンテカルロ法における二粒子グリーン関数の圧縮計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 品岡寛, Dominique Geffroy, Markus Wallerberger, Jan Kune, Emanuel Gull, 吉見一慶, 大槻純也
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会（2019年)
• [学会発表] Dynamical susceptibility in DMFT: a sparse QMC sampling approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Dominique Geffroy, Hiroshi Shinaoka, Jan Kunes, Junya Otsuki, Markus Wallerberger, Emanuel Gull, Kazuyoshi Yoshimi
  • 学会等名: ドイツ物理学会 March meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 量子格子模型プログラムパッケージDCore (integrated DMFT software for CORrelated Electrons)の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 品岡寛、河村光晶、吉見一慶、加藤岳生、大槻純也
  • 学会等名: 物性研スパコン共同利用・CCMS 合同研究会
• [学会発表] 動的平均場理論による多体量子計算を行うためのツールDCoreの利用方法・シミュレーション事例について (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉見一慶, 河村光晶, 品岡寛, 大槻純也, 本山裕一, 加藤岳生
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 強相関領域における動的平均場理論ベーテ・サルピータ方程式の近似解 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大槻純也, 吉見一慶, 品岡寛
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 温度グリーン関数の圧縮基底：数値計算ライブラリと応用例の紹介 (2018)
  • 著者名/発表者名: 品岡寛, 近野直也, 吉見一慶, 大槻純也, 大関真之
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] スパースモデリングとパデ近似を組み合わせた解析接続法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本山裕一, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] スパースモデリングとIR基底を用いた温度グリーン関数のノイズ軽減 (2018)
  • 著者名/発表者名: 比屋根 和樹, 近野直也，大槻純也 ，吉見一慶，大関真之，品岡寛
  • 学会等名: 第12回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
• [学会発表] 温度グリーン関数の圧縮基底: 基本的性質の解析と数値 計算ライブラリの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近野直也, 吉見一慶, 大槻純也, 品岡寛
  • 学会等名: 第12回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
• [学会発表] 多体グリーン関数の自然な疎表現と計算物理学への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 品岡寛, 大槻純也, 大関真之, 吉見一慶
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 多体グリーン関数の疎表現を与える基底とその性質 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近野直也, 品岡寛, 大槻純也
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] First-principles study of Mott physics in pyrochlore-type oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Shinaoka
  • 学会等名: Trends in Theory of Correlated Materials (TTCM2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算を用いた(Cr1-xFex)2O3の磁気的性質の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 里野雄基, 品岡寛
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] スパースモデリングを活用した量子モンテカルロデータの解析接続～オープンソースソフトウェア紹介および利用事例の紹介 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉見一慶, 大槻純也, 大関真之, 品岡寛
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Sparse modeling approach to analytical continuation and compression of quantum Monte Carlo data (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi SHINAOKA, Junya OTSUKI, Masayuki OHZEKI, Kazuyoshi YOSHIMI
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, SCES 2017
  • 国際学会
• [学会発表] First principles study on pyrochlore systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Shinaoka
  • 学会等名: Computational methods towards engineering novel correlated materials
  • 発表場所: スイス連邦工科大学ローザンヌ校
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] パイロクロアjeff=1/2模型のクラスター型動的平均場近似に基づく有限温度相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 品岡寛, 野村悠祐
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [備考] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/read0152172/?lang=english
• [備考] 業績一覧
  • URL: http://shinaoka.sakura.ne.jp/activity.html