• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

機械学習を用いた高効率走査トンネル分光測定による物質探索

公募研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 18H04480
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関金沢大学

研究代表者

吉田 靖雄  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10589790)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードトンネル分光イメージング / 電子定在波 / スパースモデリング / 圧縮センシング / 機械学習 / 走査トンネル分光 / 準粒子干渉 / 走査トンネル顕微分光
研究実績の概要

低温走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたトンネル分光イメージングは、二次元表面の欠陥等で散乱・干渉する電子の波を捉え、物質内の電子やその電子が収まっているバンド構造の性質を明らかにする手法である。この手法は、フェルミ面やバンドの構造を極低温・強磁場でも観察できることから、角度分解光電子分光と相補的な測定手法として、その重要性は高い。一方でその測定は長ければ一週間にも及び、STMの高い安定性と高騰を続ける液体ヘリウムを大量に必要とする。そのため、現状では国内でもごく限られた実験室でしか測定を行うことができない。そこで我々は、この測定の高速化を進める研究を行ってきた。これまで、バンド内の単一のエネルギーにおいて観察された電子波の実空間画像から、データ点をランダムに落とし、スパースモデリングを用いて逆問題を数値的に解いて波数空間の干渉パターンを再現することに成功している。この結果は、少なくとも数値実験の範囲内では、1/9のデータ(1/9の測定時間)で同じ情報を獲得できることを意味している。そこで本研究ではこの結果を踏まえて、測定点をランダムに間引いた実測定プログラムの開発を行った。また、それと並行してスパースモデリングと機械学習を用いて、干渉パターンだけでなくバンド構造まで再現する解析手法の開発を行った。開発した実測定プログラムを用いた実験では、単純なバンドを有するAu(111)表面を試料として用いて行った。生成した乱数を用いて測定点の取捨選択を行い、少しずつ測定点を減らしながら測定を行った結果、1/4までデータを減らしたランダム測定を安定に行うことに成功し、フルに測定したデータと同じ情報が得られることが分かった。更に、スパースモデリングと機械学習を用いて最適化を行うことで、ランダム計測によって増大するノイズが除去された高分解能の信号が復元できることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 走査トンネル顕微鏡による軌道秩序の直接観察:物質表面に現れる新たな秩序2019

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄・Howon Kim・Chi-Cheng Lee・長谷川幸雄
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 54(10) ページ: 513-522

    • NAID

      40022054544

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy on cleaved Mn 3Sn(0001) surface2019

    • 著者名/発表者名
      Hung-Hsiang Yang, Chi-Cheng Lee, Yasuo Yoshida, Muhammad Ikhlas, Takahiro Tomita, Nugroho Agung Agustinus, Taisuke Ozaki, Satoru Nakatsuji, Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 9677-9677

    • DOI

      10.1038/s41598-019-45958-7

    • 関連する報告書
      2019 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] Defect-induced electronic structures on SnSe surface2019

    • 著者名/発表者名
      Kanta Asakawa, Fumikazu Oguro, Yasuo Yoshida, Hideaki Sakai, Noriaki Hanasaki, Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SI ページ: SIIA06-SIIA06

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab147d

    • NAID

      210000156432

    • 関連する報告書
      2019 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] Bulk ferromagnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Haze Masahiro、Yang Hung-Hsiang、Asakawa Kanta、Watanabe Nobuyuki、Yamamoto Ryosuke、Yoshida Yasuo、Hasegawa Yukio
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 90 号: 1 ページ: 0137041-5

    • DOI

      10.1063/1.5063759

    • NAID

      120006607263

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Direct observation of surface-induced orbital order in a strongly-correlated superconductor revealed by gap-dependent scanning tunneling microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      ELECTRON CORRELATION IN SUPERCONDUCTORS AND NANOSTRUCTURES
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low temperature scanning tunneling microscopy and spectroscopy study of FeSexTe1-x at the nematic quantum critical point2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      Superstripes 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低温走査トンネル顕微鏡を用いた先端計測による強相関電子系の研究; Advanced scanning tunneling microscopy techniques on strongly correlated electron systems2019

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄
    • 学会等名
      分子研コロキウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピン分解走査トンネル顕微鏡による表面磁性の研究2018

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄
    • 学会等名
      2018年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トンネルギャップ依存イメージングで明らかにする軌道自由度の物理2018

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄
    • 学会等名
      2018年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface-induced orbital ordering in a strongly-correlated superconductor revealed by gap-dependent scanning tunneling microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14) & 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 鉄系超伝導体FeSexTe1-xの電子ネマティック量子臨界点近傍における電子状態と超伝導ギャップ2018

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 鉄カルコゲナイド超伝導体FeSe0.6Te0.4単結晶の走査トンネル顕微・分光測定2018

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄, Hsiang Yang, 寺尾耕太郎, 柏木隆成, 門脇和男, 長谷川幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 鉄系超伝導体FeSexTe1-xの電子ネマティック量子臨界点近傍における電子状態と超伝導ギャップ2018

    • 著者名/発表者名
      吉田靖雄, Hsiang Yang, 寺尾耕太郎, 柏木隆成, 門脇和男, 長谷川幸雄
    • 学会等名
      物性研短期研究会「量子多体効果が生み出す液晶的電子状態」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Advanced scanning tunneling microscopy techniques for condensed matter researches: spin- and orbital-resolved STM2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Yoshida
    • 学会等名
      Academia Sinica, Condensed matter seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Nanoscale Magnetic Imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Yukio Hasegawa, Masahiro Haze, Yasuo Yoshida
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      9780128122969
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] Comprehensive Nanoscience and Nanotechnology, 4.04 - Nanoscale Magnetic Imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Yukio Hasegawa, Masahiro Haze and Yasuo Yoshida
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      ELSEVIER
    • ISBN
      9780128122969
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://yoshidalab716742948.wordpress.com/publication-list/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi