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強相関物質における格子自由度の役割解明とフォノンがもたらす機能物性の探索

研究課題

研究課題/領域番号 17K14336
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 物性Ⅱ
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2019-2020)
東京大学 (2017-2018)

研究代表者

野村 悠祐  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード電子格子相互作用 / 機械学習 / ニッケル酸化物 / 物質デザイン / 超伝導 / 第一原理計算 / 強相関電子系 / 銅酸化物高温超伝導体 / フォノン / 制限ボルツマンマシン / 変分波動関数 / クーロン相互作用
研究成果の概要

磁性や超伝導などの様々な機能物性を示す強相関物質においては、電子自由度がフォノン(格子振動)自由度と密接に絡み合って物性を発現する。これまで電子自由度が作り出す非自明な物性は盛んに研究されているが、強相関物質におけるフォノンの役割に関しては未解明な部分が多い。本研究の目的は、強相関系における電子とフォノン自由度の絡み合いの理解を進展させることであった。本研究では、機械学習を用いた強力な電子格子結合模型のソルバーを開発し、現実物質におけるフォノン自由度の理解のための礎を築いた。また、近年発見されたニッケル酸化物超伝導体において、格子構造制御により超伝導性能が向上する可能性を示す重要な成果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

強相関系においてフォノンの自由度を理解することは、格子自由度を制御することによって新たな機能物性の可能性を探るための重要な知見をもたらす。これまで、フォノン自由度を解析できる強力な数値手法は限られていたが、本研究によって強力な数値手法を開発することで、フォノンの役割をより詳細に解析できるようになった。またニッケル酸化物超伝導体における物質デザインは、実験による新ニッケル酸化物合成のための有用な指針を与えた。このように理論と実験が協力することによって、新たな超伝導体を探す試みを促進することができる。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 14件、 招待講演 17件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] University of Michigan(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ミシガン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学/インペリアル・カレッジ・ロンドン(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] EPFL(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Flatiron Institute(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Flatiron Institute(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Ecole Polytechnique(France)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Hamburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Geometrical Hall effect and momentum-space Berry curvature from spin-reversed band pairs2021

    • 著者名/発表者名
      Hirschberger Max、Nomura Yusuke、Mitamura Hiroyuki、Miyake Atsushi、Koretsune Takashi、Kaneko Yoshio、Spitz Leonie、Taguchi Yasujiro、Matsuo Akira、Kindo Koichi、Arita Ryotaro、Tokunaga Masashi、Tokura Yoshinori
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.l041111

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 機械学習手法を用いて量子多体系に挑む ―手法拡張を含む最近の進展―2021

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 56 ページ: 117-130

    • NAID

      40022518161

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine Learning Quantum States ― Extensions to Fermion-Boson Coupled Systems and Excited-State Calculations2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Yusuke
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 5 ページ: 054706-054706

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.054706

    • NAID

      40022226628

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient implementation of the continuous-time interaction-expansion quantum Monte Carlo method2020

    • 著者名/発表者名
      Shinaoka Hiroshi、Nomura Yusuke、Gull Emanuel
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 252 ページ: 106826-106826

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2019.06.016

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Higgs-mode resonance in third harmonic generation in NbN superconductors: Multiband electron-phonon coupling, impurity scattering, and polarization-angle dependence2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Naoto、Nomura Yusuke
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.043029

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient ab initio Migdal-Eliashberg calculation considering the retardation effect in phonon-mediated superconductors2020

    • 著者名/発表者名
      Tianchun Wang, Takuya Nomoto, Yusuke Nomura, Hiroshi Shinaoka, Junya Otsuki, T. Koretsune, and Ryotaro Arita
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 13 ページ: 134503-134503

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.134503

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic exchange coupling in cuprate-analog d9 nickelates2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Yusuke、Nomoto Takuya、Hirayama Motoaki、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 4 ページ: 043144-043144

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.043144

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ニッケル酸化物新超伝導体の発見:現状と展望2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐、平山元昭、北谷基治、只野央将、有田亮太郎
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 55 ページ: 491-503

    • NAID

      40022384103

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wannier90 as a community code: new features and applications2020

    • 著者名/発表者名
      Pizzi Giovanni et al
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 32 号: 16 ページ: 165902-165902

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ab51ff

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Materials design of dynamically stable d9 layered nickelates2020

    • 著者名/発表者名
      Hirayama Motoaki、Tadano Terumasa、Nomura Yusuke、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 7 ページ: 075107-075107

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.075107

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strong-coupling formula for momentum-dependent susceptibilities in dynamical mean-field theory2019

    • 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

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio derivation of an effective Hamiltonian for the La2CuO4/La1.55Sr0.45CuO4 heterostructure2019

    • 著者名/発表者名
      Tadano Terumasa、Nomura Yusuke、Imada Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 15

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.155148

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Formation of a two-dimensional single-component correlated electron system and band engineering in the nickelate superconductor NdNiO2"2019

    • 著者名/発表者名
      "Yusuke Nomura, Motoaki Hirayama, Terumasa Tadano, Yoshihide Yoshimoto, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita"
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 100 号: 20 ページ: 205138-205138

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.205138

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stripe and superconducting order competing in the Hubbard model on a square lattice studied by a combined variational Monte Carlo and tensor network method2018

    • 著者名/発表者名
      Darmawan Andrew S.、Nomura Yusuke、Yamaji Youhei、Imada Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.205132

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Constructing exact representations of quantum many-body systems with deep neural networks2018

    • 著者名/発表者名
      Carleo Giuseppe、Nomura Yusuke、Imada Masatoshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-018-07520-3

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Restricted Boltzmann machine learning for solving strongly correlated quantum systems2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura, Andrew S. Darmawan, Youhei Yamaji, and Masatoshi Imada
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 96 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.205152

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 機械学習を用いた量子多体波動関数表現:物理の難問であるフラストレーションのある量子スピン系への適用2021

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      第11回材料系ワークショップ ~マテリアルDXを加速する「富岳」を活用した成果の創出に向けて~
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Magnetic exchange coupling in theoretically-designed cuprate-analog d9 nickelates2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      APS March meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of machine learning beyond benchmarks reveals Dirac-type nodal spin liquid in the J1-J2 Heisenberg model2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      Machine Learning for Quantum Simulation
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ボルツマンマシンを用いた量子多体波動関数表現:深層ボルツマンマシンによる厳密な表現と制限ボルツマンマシンによる数値的近似表現2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      Deep learning and Physics 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習手法を用いた量子多体系の研究 ー手法拡張を含む最近の進展2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      CMTセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ニッケル酸化物超伝導体NdNiO2における強相関電子系形成と新物質デザイン2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning quantum states ― Extension of methods and application to frustrated spin systems2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      International Conference on Fugaku project Emergence and Functionality of Quantum Matter 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ニッケル酸化物新超伝導体における強相関電子系形成と物質デザイン2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所 研究会 「高温超伝導・非従来型超伝導研究の最前線:多様性と普遍性」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習を用いた2次元J1-J2ハイゼンベルグ模型の研究2020

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の新展開2020」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning for analyzing strongly-correlated systems2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      International Workshop on High-Performance Computing and Programming on Quantum Chemistry and Physics 2020 (HPCPQCP2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nickelate superconductivity ーFormation of self-doped 2D single-orbital correlated electron systems in NdNiO22020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Symmetry-adapted Wannier functions2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      School on Wannier90 v3.0: new features and applications
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Machine learning for solving quantum many-body Hamiltonians2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences (FCES19)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 物性物理における機械学習2019

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      パリ異分野融合科学者の会 第1回研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning for studying strongly correlated systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      The 5th Conference on Condensed Matter Physics (CCMP)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Machine learning solvers for strongly-correlated systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      Computational Approaches to Quantum Many-body Problems (CAQMP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Machine learning for solving strongly-correlated systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ニッケル酸化物超伝導体NdNiO2における強相関電子系形成とそのバンドエンジニアリング2019

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      基研研究会 「電子相関が生み出す超伝導現象の未解決問題と新しい潮流」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 制限付きボルツマンマシンを用いた量子多体系の機械学習ソルバーの開発2019

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      第八回「強相関電子系理論の最前線」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電子格子相互作用のある系に対する機械学習ソルバーの開発2019

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた量子多体系の基底状態計算2018

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning using Boltzmann machines for solving strongly correlated systems2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      Computational Approaches to Magnetic Systems (CAMS 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Machine-learning solvers for quantum many-body systems2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      日本物理学会 2018度秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent progress in machine-learning solvers: calculations of excited states and extensions to electron-phonon coupled systems2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      Mini-workshop on “Machine Learning in Physics"
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solving quantum many-body Hamiltonians with artificial neural networks2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura
    • 学会等名
      Tensor Network States: Algorithms and Applications (TNSAA) 2018-2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 強相関系の数値的研究: フラーレン超伝導体の研究・機械学習の技術を使った多体系ソルバー2018

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      第38回kyutechセミナー・応用物理学会特別講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層ボルツマンマシンを用いた量子多体系の基底状態波動関数の厳密な構築2018

    • 著者名/発表者名
      Giuseppe Carleo、野村悠祐(登壇者)、今田正俊
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Restricted-Boltzmann-Machine Learning for Solving Hubbard and Heisenberg Models2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nomura, Andrew S. Darmawan, Youhei Yamaji, Masatoshi Imada
    • 学会等名
      APS March meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 制限ボルツマンマシンを用いた量子多体系の機械学習ソルバー2018

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関わる研究グループ 第6回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 制限付きボルツマンマシンを用いた量子多体系の機械学習ソルバーの開発2017

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐
    • 学会等名
      第七回「強相関電子系理論の最前線」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 格子上の量子多体系のための、多変数変分モンテカルロ法を組み合わせたニューラル・ネットワーク法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      野村悠祐、Andrew S. Darmawan、山地洋平、今田正俊
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] Yusuke Nomura's Website

    • URL

      https://sites.google.com/view/yusuke-nomuras-webpage-jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.co.jp/citations?user=ZPMcgB8AAAAJ&hl=ja&oi=ao

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] RIKEN Research highlights

    • URL

      https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/rr/20200313_1/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] Yusuke Nomura's Website

    • URL

      https://sites.google.com/view/yusuke-nomuras-webpage-en/home

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-21  

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