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次元圧縮技術が拓く二粒子応答の第一原理計算

研究課題

研究課題/領域番号 21H01003
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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, 准教授 (40773023)

研究分担者 吉見 一慶  東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910)
大槻 純也  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
是常 隆  東北大学, 理学研究科, 教授 (90391953)
播木 敦  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90875783)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード量子多体理論 / 量子埋め込み理論 / テンソルネットワーク / 動的感受率 / Quantics tensor train / 強相関電子系 / スパースモデリング / 動的平均場理論 / ワニア関数 / 数値解析接続 / 第一原理計算 / 2粒子応答
研究開始時の研究の概要

強相関物質における磁性・超伝導などの機能物性を理解し、機能物質の設計につなげるためには、未知の物質の「個性」を理論予測するための手法が必要である。近年の数値計算技術や量子多体理論の発展により、一粒子励起スペクトル (ー粒子応答) の実験データの再現が可能になってきているものの、相転移への不安定性や外場への応答を表す感受率(二粒子応答) の定量的議論は、巨大な高次元データの取り扱いにかかる数値計算コストの高さから実現に至っていない。本研究では、高次元データの次元圧縮技術を突破口として、強相関化合物の二粒子応答の第一原理計算を実現する。これにより、強相関物質の物性予測に向けた礎を築く。

研究成果の概要

(1) 「スパースモデリング」に基づくグリーン関数の圧縮技術の開発とオープンソースソフトウェアの公開。(2) 准量子計算技術Quantics Tensor Train (QTT)に基づく、場の量子論の次元圧縮技術を開発し、ベーテ・サルペータ方程式の解法などをテンソルネットワークで実現。(3)RESPACKとWannier90のインターフェースを開発し、有効相互作用の計算を可能にした。(4) 動的平均場計算ソフトウェアDCoreを用いて、SrRu2O6のスピン励起スペクトルを計算し、クロスオーバーに伴う変化を調査した結果、スピン励起スペクトルは低温構造解明には不十分であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の最大の成果は、テンソルネットワークという汎用的な次元圧縮技術により、場の量子論計算を高速化する道筋を開いたことにある。これにより、巨大な多次元数値データである二粒子応答関数において、一般的な時空依存性、スピン軌道依存性などの圧縮が可能になり、外場応答の第一原理計算に大きく前進した。研究成果は、社会還元のため、オープンソースソフトウェアの形で順次公開されている。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (11件) 雑誌論文 (30件) (うち国際共著 14件、 査読あり 30件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] フリブール大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] CEAグルノーブル(フランス)

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      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] LMUミュンヘン(ドイツ)

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      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] ミシガン大学(米国)

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      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] フリブール大学(スイス)

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      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)

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      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ミシガン大学(米国)

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      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)

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      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)

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      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] フリブール大学(スイス)

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      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Monte Carlo study on low-temperature phase diagrams of the J1-J2 kagome antiferromagnet2024

    • 著者名/発表者名
      Kakizawa Fumiya、Misawa Takahiro、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 号: 1

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.014439

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantics Tensor Cross Interpolation for High-Resolution Parsimonious Representations of Multivariate Functions2024

    • 著者名/発表者名
      Ritter Marc K.、N. F. Yuriel、Wallerberger Markus、von Delft Jan、Shinaoka Hiroshi、Waintal Xavier
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 132 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.132.056501

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pressure evolution of electronic structure and magnetism in the layered van der Waals ferromagnet CrGeTe32024

    • 著者名/発表者名
      H.-X. Xu, M. Shimizu, D. Guterding, J. Otsuki, and H. O. Jeschke
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 108 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.125142

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-throughput calculations of antiferromagnets hosting anomalous transport phenomena2024

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Takuya、Minami Susumu、Yanagi Yuki、Suzuki Michi-To、Koretsune Takashi、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 号: 9 ページ: 094435-094435

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.094435

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray Magnetic Circular Dichroism Arising from the Magnetic Dipole Moment in Antiferromagnets2024

    • 著者名/発表者名
      Kurita Kensuke、Koretsune Takashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 93 号: 2

    • DOI

      10.7566/jpsj.93.024705

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray magnetic circular dichroism in RuO22024

    • 著者名/発表者名
      Hariki A.、Takahashi Y.、Kune? J.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 号: 9 ページ: 094413-094413

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.094413

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiscale Space-Time Ansatz for Correlation Functions of Quantum Systems Based on Quantics Tensor Trains2023

    • 著者名/発表者名
      Shinaoka Hiroshi、Wallerberger Markus、Murakami Yuta、Nogaki Kosuke、Sakurai Rihito、Werner Philipp、Kauch Anna
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 13 号: 2 ページ: 021015-021015

    • DOI

      10.1103/physrevx.13.021015

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Material-based analysis of spin-orbital Mott insulators2023

    • 著者名/発表者名
      Iwazaki Ryuta、Shinaoka Hiroshi、Hoshino Shintaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 24 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.l241108

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hidden covalent insulator and spin excitations in SrRu2O62023

    • 著者名/発表者名
      Csontosova Diana、Chaloupka Jiri、Shinaoka Hiroshi、Hariki Atsushi、Kunes Jan
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 19 ページ: 195137-195137

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.195137

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Interface tool from Wannier90 to RESPACK: wan2respack2023

    • 著者名/発表者名
      Kurita Kensuke、Misawa Takahiro、Yoshimi Kazuyoshi、Ido Kota、Koretsune Takashi
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 292 ページ: 108854-108854

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2023.108854

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic fluctuations in Pb9Cu(PO4)6O2023

    • 著者名/発表者名
      Makoto Shimizu, Junya Otsuki, and Harald O. Jeschke
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.l201105

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of self-consistency in first-principles Eliashberg calculation for superconducting transition temperature2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Tianchun、Nomoto Takuya、Koretsune Takashi、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids

      巻: 178 ページ: 111348-111348

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2023.111348

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulation-doping a correlated electron insulator2023

    • 著者名/発表者名
      Mondal Debasish、Mahapatra Smruti Rekha、Derrico Abigail M.、Rai Rajeev Kumar、Paudel Jay R.、Schlueter Christoph、Gloskovskii Andrei、Banerjee Rajdeep、Hariki Atsushi、DeGroot Frank M. F.、Sarma D. D.、Narayan Awadhesh、Nukala Pavan、Gray Alexander X.、Aetukuri Naga Phani B.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 6210-6210

    • DOI

      10.1038/s41467-023-41816-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of temperature-dependent Fermi surface evolution at the valence transition of YbInCu42023

    • 著者名/発表者名
      Anzai Hiroaki、Hariki Atsushi、Sato Hitoshi、Arita Masashi、Zhuang Tao、Hiraoka Koichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 7 ページ: 075116-075116

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.075116

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic structure of Electronic structure of ACu3Co4O12 ( A = Y, La, Bi): Synthesis, characterization, core-level spectroscopies, high-pressure application, and ab initio calculation2023

    • 著者名/発表者名
      Kato Yuta、Huang Meng-Jie、Kasebayashi Keito、Kawakami Takateru、Yamaguchi Tatsuya、Buck Jens、Wang Ru-Pan、Kall?ne Matthias、Rossnagel Kai、Nagel Peter、Schuppler Stefan、Takahashi Yoshihiro、Odake Takao、Kawaguchi Shogo、Yamada Ikuya、Hariki Atsushi
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 7 号: 7 ページ: 073401-073401

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.7.073401

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] sparse-ir: Optimal compression and sparse sampling of many-body propagators2023

    • 著者名/発表者名
      Wallerberger Markus、Badr Samuel、Hoshino Shintaro、Huber Sebastian、Kakizawa Fumiya、Koretsune Takashi、Nagai Yuki、Nogaki Kosuke、Nomoto Takuya、Mori Hitoshi、Otsuki Junya、Ozaki Soshun、Plaikner Thomas、Sakurai Rihito、Vogel Constanze、Witt Niklas、Yoshimi Kazuyoshi、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      SoftwareX

      巻: 21 ページ: 101266-101266

    • DOI

      10.1016/j.softx.2022.101266

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      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sparse Modeling Approach for Quasiclassical Theory of Superconductivity2023

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuki、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 3 ページ: 1-8

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.034703

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bosonic Nevanlinna Analytic Continuation2023

    • 著者名/発表者名
      Nogaki Kosuke、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 3 ページ: 035001-035001

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.035001

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      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of maximally-localized Wannier functions using crystal symmetry2023

    • 著者名/発表者名
      Koretsune Takashi
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 285 ページ: 108645-108645

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2022.108645

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient ab initio many-body calculations based on sparse modeling of Matsubara Green's function2022

    • 著者名/発表者名
      Shinaoka Hiroshi、Chikano Naoya、Gull Emanuel、Li Jia、Nomoto Takuya、Otsuki Junya、Wallerberger Markus、Wang Tianchun、Yoshimi Kazuyoshi
    • 雑誌名

      SciPost Physics Lecture Notes

      巻: 63 ページ: 1-27

    • DOI

      10.21468/scipostphyslectnotes.63

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      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hybrid quantum-classical algorithm for computing imaginary-time correlation functions2022

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Rihito、Mizukami Wataru、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 2 ページ: 023219-023219

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.023219

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anomalously large spin-dependent electron correlation in the nearly half-metallic ferromagnet CoS22022

    • 著者名/発表者名
      H. Fujiwara, K. Terashima, J. Otsuki, N. Takemori、H. O. Jeschke、T. Wakitai、Y. Yano、W. Hosoda、N. Kataoka、A. Teruya、M. Kakihana、M. Hedo、T. Nakama、Y. Onuki、K. Yaji、A. Harasawa、K. Kuroda、S. Shin、K. Horiba、H. Kumigashira、Y. Muraoka、T. Yokoya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 号: 8 ページ: 085114-085114

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.085114

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological Nernst effect emerging from real-space gauge field and thermal fluctuations in a magnetic skyrmion lattice2022

    • 著者名/発表者名
      Oike H.、Ebino T.、Koretsune T.、Kikkawa A.、Hirschberger M.、Taguchi Y.、Tokura Y.、Kagawa F.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 号: 21 ページ: 214425-214425

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.214425

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optimal alloying in hydrides: Reaching room-temperature superconductivity in LaH102022

    • 著者名/発表者名
      Wang Tianchun、Flores-Livas Jos? A.、Nomoto Takuya、Ma Yanming、Koretsune Takashi、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 17 ページ: 174516-174516

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.174516

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Wannier-based implementation of the coherent potential approximation with applications to Fe-based transition metal alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Naohiro、Nomoto Takuya、Kobayashi Koji、Mankovsky Sergiy、Nomura Kentaro、Arita Ryotaro、Ebert Hubert、Koretsune Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 12 ページ: 125136-125136

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.125136

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Robust analytic continuation combining the advantages of the sparse modeling approach and the Pade approximation2022

    • 著者名/発表者名
      Motoyama Yuichi、Yoshimi Kazuyoshi、Otsuki Junya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.035139

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DCore: Integrated DMFT software for correlated electrons2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Shinaoka, Junya Otsuki, Mitsuaki Kawamura, Nayuta Takemori, Kazuyoshi Yoshimi
    • 雑誌名

      SciPost Physics

      巻: 10 号: 5

    • DOI

      10.21468/scipostphys.10.5.117

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multipolar ordering in the three-orbital Hubbard model2021

    • 著者名/発表者名
      Chikano Naoya、Hoshino Shintaro、Shinaoka Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 号: 23

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.235125

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solving the Bethe-Salpeter equation with exponential convergence2021

    • 著者名/発表者名
      Wallerberger Markus、Shinaoka Hiroshi、Kauch Anna
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.033168

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sparse modeling of large-scale quantum impurity models with low symmetries2021

    • 著者名/発表者名
      Shinaoka Hiroshi、Nagai Yuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 4 ページ: 045120-1

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.045120

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    • 査読あり
  • [学会発表] Quantics tensor trains and many-body physics2023

    • 著者名/発表者名
      品岡寛
    • 学会等名
      物性研究のための量子アルゴリズム最前線
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      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale space-time ansatz for response functions of quantum systems2022

    • 著者名/発表者名
      品岡寛
    • 学会等名
      Trends in the Theory of Quantum Materials 2022
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      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 強相関電子系におけるスパースモデリング2021

    • 著者名/発表者名
      大槻純也
    • 学会等名
      物性コロキウム(東北大学)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 強相関電子系におけるスパースモデリングと圧縮センシング2021

    • 著者名/発表者名
      大槻純也
    • 学会等名
      第9回 情報計測オンラインセミナー(オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sparse modeling approach to analytical continuation of imaginary-time data and quantum many-body calculations2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Shinaoka
    • 学会等名
      Tackling the real time challenge in strongly correlated sys- tems: spectral properties from euclidean path integrals
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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