高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01158
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
• 研究分担者: 吉見 一慶 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910) ; 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) ; 品岡 寛 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40773023) ; 大関 真之 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80447549)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 動的平均場法 / 第一原理計算 / 磁性 / スパースモデリング

研究実績の概要

密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算と動的平均場理論（DMFT）による量子多体モデル計算を組み合わせた電子状態計算法（DFT+DMFT）を二粒子相関の計算に応用し、データ科学的方法論を用いることで、強相関化合物の動的・静的感受率の計算を可能とする方法論を構築することが本研究の目的である。最終年度である本年度は以下の成果を得た：
(1) 前年度に考案した静的感受率の近似計算法（SCL公式）を実際の強相関化合物に応用した。具体的には、強磁性を示す単体遷移金属Feに注目し、強磁性転移温度と強磁性モーメントをDFT+DMFT法により計算した。その結果、これまでの計算で得られていた転移温度と同程度の値が得られることを確認した。この結果は、SCL公式がモデル計算だけでなく、軌道自由度を持つ実際の化合物計算においても有用なことを示している。
(2) 前年度までに確立した温度グリーン関数を表現する新しい中間表現基底（IR基底）を超伝導計算に応用した。超伝導転移温度を得るには、Migdal-Eliashberg方程式と呼ばれる方程式を解く必要があるが、この方程式は一粒子グリーン関数の松原振動数に関する和を含むため、現実的な超伝導転移温度である10K以下の計算は困難である。本研究では、この方程式の計算にIR基底を用いることで、松原振動数に関する和を効率的に実行し、低温の計算を実行した。それにより、第一原理計算を出発点として、Nbの超伝導転移（約10K）を得ることに成功した。これは、10K以下の現実的な超伝導転移温度計算に対して、IR基底を用いることの有用性を示す結果である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Sparse modeling of large-scale quantum impurity models with low symmetries (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinaoka Hiroshi、Nagai Yuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 045120
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.045120
• [雑誌論文] Geometrical Hall effect and momentum-space Berry curvature from spin-reversed band pairs (2021)
  • 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 ページ: L041111-1~6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.L041111
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient ab initio Migdal-Eliashberg calculation considering the retardation effect in phonon-mediated superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Tianchun、Nomoto Takuya、Nomura Yusuke、Shinaoka Hiroshi、Otsuki Junya、Koretsune Takashi、Arita Ryotaro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 134503-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.134503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral properties of heterostructures containing half-metallic ferromagnets in the presence of local many-body correlations (2020)
  • 著者名/発表者名: Weh A.、Otsuki J.、Schnait H.、Evertz H. G.、Eckern U.、Lichtenstein A. I.、Chioncel L.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 43263-1～14
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.043263
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Machine Learning Quantum States -- Extensions to Fermion-Boson Coupled Systems and Excited-State Calculations (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura Yusuke
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 054706～054706
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.054706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Higgs-mode resonance in third harmonic generation in NbN superconductors: Multiband electron-phonon coupling, impurity scattering, and polarization-angle dependence (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Naoto、Nomura Yusuke
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 043029-1~16
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.043029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic exchange coupling in cuprate-analog d9 nickelates (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura Yusuke、Nomoto Takuya、Hirayama Motoaki、Arita Ryotaro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 043144-1~9
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.043144
  • 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
  • 査読あり
• [学会発表] ハーフメタル候補物質CoS2のスピン分解電子構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤原弘和, 寺嶋健成, 脇田高徳, 矢野佑幸, 細田渉, 片岡範行, 照屋淳志, 垣花将司, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 黒田健太, 辛埴, 堀場弘司, 組頭広志, 大槻純也, 竹森那由多, H.O. Jeschke, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [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～
• [学会発表] Magnetic exchange coupling in theoretically-designed cuprate-analog d9 nickelates (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nomura
  • 学会等名: APS March meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum Annealing and its Application to Real Industry (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Ohzeki
  • 学会等名: RIEC International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 物性研究分野でのオープンソースソフトウェア開発・高度化プロジェクトの紹介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉見一慶
  • 学会等名: 第13回K-CONNEX研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理有効ハミルトニアンに基づいた鉄系超伝導体の超伝導転移温度の予測器構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井戸康太、本山裕一、三澤貴宏、吉見一慶
  • 学会等名: 物性科学におけるデータ科学の今と未来
• [学会発表] 有機ディラック電子系α-(BEDT-TTF)2I3およびα-(BETS)2I3の絶縁体化機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大木大悟, 小林晃人, 吉見一慶, 三澤貴宏
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Pd(dmit)2塩の第一原理ハミルトニアンにおける量子スピン液体の安定性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井戸康太, 吉見一慶, 三澤貴宏, 今田正俊
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Pd(dmit)2塩の第一原理ハミルトニアンの有限温度依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉見一慶, 三澤貴宏, 圓谷貴夫
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 動的平均場理論による非局所相関の計算とGPU化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大槻純也
  • 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」
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient ab initio Migdal-Eliashberg calculation considering the retardation effect in phonon-mediated superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Tianchun Wang, Takuya Nomoto, Yusuke Nomura, Hiroshi Shinaoka, Junya Otsuki, Takashi Koretsune, Ryotaro Arita
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Dimensionality reduction of Green’s function theories (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Shinaoka
  • 学会等名: International Workshop on High-Performance Computing and Programming on Quantum Chemistry and Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of machine learning beyond benchmarks reveals Dirac-type nodal spin liquid in the J1-J2 Heisenberg model (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nomura
  • 学会等名: Machine Learning for Quantum Simulation
  • 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
  • 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
  • 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
  • 招待講演
• [学会発表] Machine learning quantum states ― Extension of methods and application to frustrated spin systems (2020)
  • 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
  • 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」
  • 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」
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum annealing and machine learning - learning and Black-box optimization (2020)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Ohzeki
  • 学会等名: Ellis QPhML 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum annealing, its theory and several applications in industry (2020)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Ohzeki
  • 学会等名: School on Modern Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum Annealing and Its Application to Real World (2020)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Ohzeki
  • 学会等名: ISMVL 2020(IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機ディラック電子系α-(BEDT-TTF)2I3およびα-(BETS)2I3の低温相におけるサイト間クーロン相互作用の効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大木大悟, 小林晃人, 吉見一慶, 三澤貴宏
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Pd(dmit)2系分子性導体に対する第一原理有効Hamiltonianの系統的解析 II (2020)
  • 著者名/発表者名: 三澤貴宏, 吉見一慶, 圓谷貴夫
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 有機導体α-(BETS)2I3の多軌道模型による解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林晃人, 大木大悟, 吉見一慶, 鬼頭俊介, 澤博
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 機械学習ポテンシャルによる第一原理熱力学配置サンプリングの加速 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笠松秀輔, 松本潮, 小川貴史, 桑原彰秀, 本山裕一, 吉見一慶
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] スパースモデリングを用いた解析接続と圧縮基底の応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉見一慶
  • 学会等名: 東京大学物性研究所 機械学習セミナー
• [図書] 量子コンピュータによる機械学習 (2020)
  • 著者名/発表者名: Maria Schuld、Francesco Petruccione、大関 真之、荒井 俊太、篠島 匠人、高橋 茶子、御手洗 光祐、山城 悠
  • 総ページ数: 368
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 4320124626