第一原理計算と融合したμSR法の開発と強相関電子系の特異な磁気的基底状態の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H04463
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 渡邊 功雄 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (40260195)
• 研究分担者: 妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054) ; 足立 匡 上智大学, 理工学部, 教授 (40333843) ; 松浦 弘泰 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607) ; 石井 康之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90391854)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ミュオン位置計算 / 第一原理計算 / 超微細相互作用

研究実績の概要

<<ミュオン位置計算手法の開発>>前年度に論文化されたLa系銅酸化物高温超伝導体の凡密度関数を用いた第一原理計算に関して、計算プログラムをアップグレードしてこれまで用いることができなかった電子相関関数と機械学習機能を取り込むことによってより高速な計算を行うことを可能にした。これにより、我々が本予算支援で開発したミュオン位置計算手法をより多くの物質系に応用することを可能にした。
<<有機伝導体の電子状態>>低次元性結晶内でπ結合を行う電子雲の持つ電子スピンの状態に関しての計算を進めた。これにより、電子スピンの結晶内での量子的広がりを明らかにするとともに、低次元性結晶面間を結合させる分子の持つ電子雲の広がりが重要であることが判明した。現在、一連の結果を取りまとめて論文を執筆中であり、早急に世界に向けて我々のミュオン位置計算の手法を公表していく。
<<パイロクロア磁性体>>La系銅酸化物において開発した電子状態にかかる第一原理計算を利用、Nd系パイログロアイリジウム酸化物の電子状態を調べた。その結果、結晶格子の微妙な変化がフェルミ面の電子状態に大きく影響することを発見し、この系特有にみられる金属・絶縁体転移が結晶によって引き起こされる可能性を示唆した。成果はInteraction（旧Hyperfine Interaction）に公表された。
<<銅酸化物のストライプ>>第一原理計算によりミュオン位置を同定する研究手法が確立されたため、ストライプ状態に関する応用を進めることが可能になった。計算と比較すべき高統計μSRデータを取得することが必要であるが、加速器の故障等により実験実施が遅れている。加速器運転再開とともに実験を実施して研究計画を早期に完了させる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

第一原理計算と比較すべきミュオンデータが、予定していた研究施設の長期にわたるメンテナンス作業に加えて、作業後の動作不良のために、約1年以上も測定計画が遅れてしまった。これにより、実験データによるミュオン位置計算の細かい調整をおこなうことが困難になり研究進捗の遅延を引き起こしている。これらコロナ禍にかかる一連の外部遅延要素により研究の進捗が当初計画通りに進ませることが困難であった。また研究代表者が研究期間後半に予期せず網膜剥離を患ってしまい、研究のとりまとめにかかる議論および最終的な実験データの取得が不可能になった。これによりさらに研究の遅延を招いてしまった。

今後の研究の推進方策

研究期間後半で実施できなかったミュオンデータの取得を急ぐ。利用を計画していた英国のRutherford-Appleton研究所の再稼働が遅れており、それに伴う積み残し課題の実施が優先されている。このため、ミュオンパルスの幅の値を考えると理想的はないが、J-PARCにおける実験も検討する。主としてパイロクロア酸化物を測定し、第一原理計算の結果から推察している電子状態と結晶構造の関係の詳細を解明する。これにより、本研究計画で目標としたミュオン位置を決めるための第一原理計算の開発を完了する。これらの成果を踏まえて年度後半には全体のとりまとめ会議を開催し、研究成果の論文化を加速させる。

研究成果

• [国際共同研究] 11月革命大学/パジャジャラン大学/国家研究革新庁(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: 11月革命大学/パジャジャラン大学/国家研究革新庁
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] Rutherford-Appleton Laboraotory(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Rutherford-Appleton Laboraotory
• [国際共同研究] マレーシア科学大学/マレーシア国民大学/マラヤ大学(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: マレーシア科学大学/マレーシア国民大学/マラヤ大学
• [国際共同研究] チェンマイ大学/カセサート大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: チェンマイ大学/カセサート大学
• [国際共同研究] TRIUMF研究所(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: TRIUMF研究所
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 4
• [雑誌論文] Designing the stripe-ordered cuprate phase diagram through uniaxial-stress (2024)
  • 著者名/発表者名: Z. Guguchia, D. Das, G. Simutis, T. Adachi, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science of the United States of America 巻: 121 ページ: e2303423120-1-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum critical behavior of the hyperkagome magnet Mn3CoSi (2024)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yamauchi, I. Watanabe et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Res. 巻: 6 ページ: 013144-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.013144
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of cobalt and aluminum doping on the structural and magnetic properties of zinc oxide nanoparticles (2024)
  • 著者名/発表者名: Suci Winarsih, Jumaeda Jatmika, Liszulfah Roza, Risdiana Risdiana, and Isao Watanabe
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 14 ページ: 045044
  • DOI: 10.1063/5.0181275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] mu+SR Study on ferromagnetism of Na-K alloy clusters in zeolite low-silica X (2024)
  • 著者名/発表者名: Luu Manh Kien, Isao Watanabe, Takehito Nakano
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 29
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01862-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Density Functional Thery Investigation of Electronic Structure and Muon Hyperfine Interaction in Isolated Adenine and Thymine (2024)
  • 著者名/発表者名: Wan Nurfadhilah Zaharim, Shukri Sulaiman, Ammaina Jamaludin, Harison Rozak, and Isao Watanabe
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 47
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01910-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural, electronic, and magnetic properties of pyrochlore Nd2Ir2O7 studied by first-principles calculation (2024)
  • 著者名/発表者名: Supparat Charoenphon, Utami Widyaiswari, Muhammad Abdan Syakuur, Retno Asih, Pakpoom Reunchan, Isao Watanabe
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 73
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01910-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surfacemuon production at J-PARCmuon facility (2024)
  • 著者名/発表者名: Phanthip Jaikaew, Sakhorn Rimjaem, Chitrlada Thongbai, Taihei Adachi, Isao Watanabe
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 24
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01865-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Na-ion dynamics in the solid solution NaxCa1_xCr204 studied by muon spin rotation and neutron diffraction (2024)
  • 著者名/発表者名: Elisabetta Nocerino, Ola Kenji Forslund, Hiroya Sakurai, Nami Matsubara、Anton Zubayer, Federico Mazza, Stephen Cottrell, Akihiro Koda, lsao Watanabe, Akinori Hoshikawa, Takashi Saito, Jun Sugiyama, Yasmine Sassa and Martin Mansson
  • 雑誌名: Sustainable Energy & Fuels 巻: 8 ページ: 1424-1437
  • DOI: 10.1039/d3se01097j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ferromagnetic fluctuations in the heavily overdoped regime of single-layer high-Tc cuprate superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Noji, S. Nakajima and Y. Koike
  • 雑誌名: Materials 巻: 16 ページ: 7048-1-7
  • DOI: 10.3390/ma16217048
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Particle size and its distribution deduced from magnetic properties of magnetite nanoparticles by the modified Langevin equation (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Saragi, U. Widyaiswari, D. J. Manalu, B. Adiperdana, Risdiana and T. Adachi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 13 ページ: 095103-1-5
  • DOI: 10.1063/5.0167090
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxygen on-site Coulomb energy in Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 and Bi2Sr2CaCu2O8+d and its relation with Heisenberg exchange (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Chainani, M. Horio, C.-M. Cheng, D. Malterre, K. Sheshadri, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Mizokawa, M. Oura, M. Taguchi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, H. Sato, T. Adachi, Y. Koike, T. Mochiku, K. Hirata, S. Shin, M. K. Wu and A. Fujimori
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 195152-1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.195152
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical analysis of anisotropic upper critical field of superconductivity in nodal-line semimetals (2023)
  • 著者名/発表者名: Junya Endo, Hiroyasu Matsuura, and Masao Ogata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 107 ページ: 094521-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.094521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov state induced by antiferromagnetic order in κ-type organic conductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuntaro Sumita, Makoto Naka, Hitoshi Seo
  • 雑誌名: Phys. Rev. Research 巻: 5 ページ: 043171-1-17
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.043171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comprehensive ab initio investigation of the phase diagram of quasi-one-dimensional molecular solids (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Yoshimi, Takahiro Misawa, Takao Tsumuraya, Hitoshi Seo
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 131 ページ: 036401-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.195149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Transfer Channel in the Sugar Recognition System Assembled on Nano Gold Particle (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Goto , Takeshi Hashimoto , Kai Sato , Yukihiro Kitamoto, Takashi Hayashita, Satoshi Iguchi, Takahiko Sasaki, Dita Puspita Sari, and Isao Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 92 ページ: 124705-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.124705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Effect in Density Functional Theory Calculation of Au23(SR)16 Nanocluster (2023)
  • 著者名/発表者名: Saidah Sakinah Mohd-Tajudin, Wan Nurfadhilah Zaharim, Shukri Sulaiman, Siti Nur Afifi Ahmad, Dang Fatihah Hasan-Baseri, Ang Lee Sin, Risdiana, Lusi Safriani and Isao Watanabe
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 巻: 345 ページ: 65-70
  • DOI: 10.4028/p-avPYl2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction of Hydrogen with Reduced Graphene Oxide Probed by Muon-Spin Relaxation Technique (2023)
  • 著者名/発表者名: Retno Asih, Dita Puspita Sari, Malik Anjelh Baqiya, Isao Watanabe, and Darminto
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 巻: 345 ページ: 93-98
  • DOI: 10.4028/p-O6iAAU
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Susceptibility Study of Hole-Doped Organic Metal κ-(ET)4Hg3-δCl8, δ=22% and κ-(ET)4Hg3-δBr8, δ=11% (2023)
  • 著者名/発表者名: D. P. Sari, U. Widyaiswari, Y. Someya, E. Yamada, H. Taniguchi, I. Watanabe, and Y. Ishii
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 巻: 345 ページ: 47-52
  • DOI: 10.4028/p-1XErWQ
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Flux roughening in spin ice with mixed ±J interactions (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Kato, Hiroyasu Matsuura, Masafumi Udagawa, and Masao Ogata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 106 ページ: 094521-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.014423
  • 査読あり
• [学会発表] Developments of muSR Data Analysis Techniques by using Machine Learning and DFT (2024)
  • 著者名/発表者名: Isao Watanabe 他5名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biomass-derived Graphenic Carbon Compounds: Properties and Potential Applications (2024)
  • 著者名/発表者名: Retno Asih 他11名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Characterizing electronic structure of various functional materials based on DFT technique: Case studies for Oxide and Carbon-based materials (2024)
  • 著者名/発表者名: M. R. Ramadhan 他7名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Study of ion Diffusion in NaFePO4 and LiFePO4 by DFT Calculations (2024)
  • 著者名/発表者名: Irwan Ramli 他4名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Structural, electronic, and magnetic properties of pyrochlore Nd2Ir2O7 studied by firstprinciple calculations (2024)
  • 著者名/発表者名: Supparat Charoenphon 他4名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] muSR Study of Hole-Doped Organic Metals: Towards Analysis using Machine Learning (2024)
  • 著者名/発表者名: Dita P. Sari 他9名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Properties of Sm2Ru2O7 Studied by Muons (2024)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Abdan Syakuur 他7名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Particle-size effect of Magnetic Properties on La2CuO4 (2024)
  • 著者名/発表者名: A. E. Putri 他4名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring The Performance of Various DFT Functional to Determine The Optimal Structure And Electrostatic Potential Map of LiCoO2 and LiFeSO4 (2024)
  • 著者名/発表者名: S.A. Khansa 他4名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary DFT+μ Calculation on Battery Systems: How Muon Affect the Crystal and Electronic Structure of LiCoO3 and LiFeSO4 (2024)
  • 著者名/発表者名: Q. Zulindra 他4名
  • 学会等名: CAST2024
  • 国際学会
• [学会発表] muSR Study of Hole-Doped Organic Metals: Towards Analysis using Machine Learning (2024)
  • 著者名/発表者名: Dita P. Sari 他9名
  • 学会等名: URICAS2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Electron Transfer Through DNA Studied by muSR with Helps of Machine Learning Data Analysis Techniques (2024)
  • 著者名/発表者名: Isao Watanabe 他5名
  • 学会等名: URICAS2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Muon production at J-PARC for S-line (2024)
  • 著者名/発表者名: Phanthip Jaikaew 他4名
  • 学会等名: URICAS2024
  • 国際学会
• [学会発表] Structural, electronic, and magnetic properties of pyrochlore Nd2Ir2O7 studied by first-principle calculations (2024)
  • 著者名/発表者名: Supparat Charoenphon 他4名
  • 学会等名: URICAS2024
  • 国際学会
• [学会発表] muSR Study on the Magnetic Properties of Sm2Ru2O7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Abdan Syakuur 他7名
  • 学会等名: MRM2023
  • 国際学会
• [学会発表] Particle-Size Effect of Magnetic Properties on La2CuO4 Nanoparticles (2023)
  • 著者名/発表者名: A. E. Putri 他2名
  • 学会等名: MRM2023
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic structures and electronic properties of cubic-pyrochlore Nd2Pt2O7 and Nd2Ru2O7 from first-principles calculation (2023)
  • 著者名/発表者名: Supparat Charoenphon 他3名
  • 学会等名: MRM2023
  • 国際学会
• [学会発表] Antiferromagnetic / Ferromagnetic Spin Fluctuations in Non-Superconducting Heavily Overdoped Bi-2201 Cuprate (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Komiyama 他13名
  • 学会等名: MRM2023
  • 国際学会
• [学会発表] MAGNETIC MOMENTS AND ORDERED STATES ON Sm2Ru2O7 STUDIED BY MUON (2023)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Abdan Syakuur 他7名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] OPTIMIZATION TRIALS OF THE MUON BEAM TRANSPORTATION AT THE J-PARC MUON FACILITY (2023)
  • 著者名/発表者名: Phanthip Jaikaew 他4名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles calculations of structural, electronic, and magnetic properties of pyrochlore Nd2Pt2O7 and Nd2Ru2O7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Supparat Charoenphon 他3名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] DENSITY FUNCTIONAL THEORY INVESTIGATION OF THE ELECTRONIC STRUCTURE AND MUON HYPERFINE INTERACTION IN ISOLATED ADENINE AND THYMINE (2023)
  • 著者名/発表者名: Wan Nurfadhilah Zaharim 他4名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] μ+SR study on ferromagnetism of Na-K alloy clsuters in zeolite low-silica X (2023)
  • 著者名/発表者名: Luu Manh Kien 他2名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] mu+SR Knight shift of the hole-doped organic metal k-(ET)4Hg3-dCl8, d= 22% (2023)
  • 著者名/発表者名: D. P. Sari 他5名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] muSR studies of quasi-two-dimensional spin-1/2 triangular antiferromagnets, X[Pd(dmit)2]2 (X = EtMe3P and EtMe3Sb) (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ishii 他5名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] Zero-field muSR study of hole-doped organic metal k-(ET)4Hg3-dBr8,δ=11% and k-(ET)4Hg3-dCl8,δ=22% (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Someya 他7名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] High-Pressure magnetic susceptibility study of λ-(BETS)2FeCl4 (2023)
  • 著者名/発表者名: N. Katsuoka 他6名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] High-pressure magnetic susceptibility study on (TMTTF)2PF6 (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Nomura 他5名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] Muon S pin R elaxation S tudy of the Fe S ubstitution E ffects on Spin F luctuations in the H eavily O verdoped Bi 2201 C uprates (2023)
  • 著者名/発表者名: Yota Komiyama 他9名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] IMPURITY SUBSTITUTION EFFECTS ON CU SPIN CORRELATIONS IN T*-TYPE CUPRATES (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaede Isomura 他9名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] Annealing and doping effects on magnetism for the T*-type (La, Eu, Sr)2CuO4－yFy cuprates (2023)
  • 著者名/発表者名: Peiao Xie 他6名
  • 学会等名: muSR2023
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of Accelerator-Based Sciences to Condensed Matter Physics (2023)
  • 著者名/発表者名: Isao Watanabe
  • 学会等名: ICREM2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surface muon production at J-PARC muon facility (2023)
  • 著者名/発表者名: Phanthip Jaikaew 他4名
  • 学会等名: ICREM2023
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] CAST2024 (2024)