高性能計算統計による物性実験データからの情報抽出と計測デザイン

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20522
• 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: 中西 義典 同志社大学, 文化情報学部, 准教授 (00767296) ; 吉見 一慶 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10586910) ; 横谷 尚睦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90311646)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 計算統計 / 圧縮センシング / スパースモデリング / コンプトン散乱 / フェルミ面 / フェルミオロジー / データ科学

研究実績の概要

本研究の目的は、物性実験から物理情報を抽出するため、高性能計算統計の方法論に基づく新しい解析手法を確立すること、また、その解析結果を実験にフィードバックさせた高効率な実験計画法を提案することである。この目的の達成に向けて、本年度は以下の研究を実施した。
(1) 物質にX線を照射した際に起こるコンプトン散乱のデータは、物質中の電子の運動量分布の情報を持っている。このデータは運動量分布を散乱軸に射影したものに対応するため、運動量分布そのものを得るには、コンピュータ画像診断法（CT）と同様の再構成が必要となる。しかし、この再構成には2つの難しさがある。(i)通常のCT法では、1次元データから2次元の密度分布を再現するが、コンプトン散乱では、1次元データから3次元の密度分布を再現しなければならない。(ii) CT法では、射影する角度を連続的に変化させてデータを取得できるが、コンプトン散乱では、実験時間の制限により、10本程度の散乱軸でしかデータを取得できない。このように、極めて厳しい条件であるため、通常の方法では精度よく3次元の運動量分布を再構成することは困難である。我々は、圧縮センシングを応用して、データを有効活用することで、少ないデータからでも比較的精度よく運動量分布を再構成する方法を考案した。この方法を、第一原理計算により得られたリチウム金属のコンプトン散乱データに適用して検証した。それにより、これまでの方法よりも精度よく運動量分布を再構成できることを示した。この成果を論文にまとめて投稿した。
(2) 我々が考案したコンプトン散乱データの解析法を、実際の実験データを用いて検証するために、実験研究者と協力して議論および解析を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] sparse-ir: Optimal compression and sparse sampling of many-body propagators (2023)
  • 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: 101266-1～11
  • DOI: 10.1016/j.softx.2022.101266
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoelectron Holography Study of La(O,F)BiS2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Li YaJun、Sun ZeXu、Kataoka Noriyuki、Setoguchi Taro、Hashimoto Yusuke、Takeuchi Soichiro、Koga Shunjo、Demura Satoshi、Noguchi Kanako、Sakata Hideaki、Mizuguchi Yoshikazu、Matsushita Tomohiro、Wakita Takanori、Muraoka Yuji、Yokoya Takayoshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 044801-1～7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.044801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of a Trigonal Layered Compound AgInS2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Sawahara Takahiro、Matsumoto Ryo、Nakahira Yuki、Usui Hidetomo、Kataoka Noriyuki、Saitou Ryusei、Wakita Takanori、Yokoya Takayoshi、Yamashita Aichi、Goto Yosuke、Takano Yoshihiko、Miura Akira、Mizuguchi Yoshikazu
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 8 ページ: 11288～11292
  • DOI: 10.1021/acsomega.2c08289
  • 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 function (2022)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalously large spin-dependent electron correlation in the nearly half-metallic ferromagnet CoS2 (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Fujiwara, K. Terashima, J. Otsuki, N. Takemori, H. O. Jeschke, T. Wakita, 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 ページ: 085114-1～13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.085114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian optimization package: PHYSBO (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyama Yuichi、Tamura Ryo、Yoshimi Kazuyoshi、Terayama Kei、Ueno Tsuyoshi、Tsuda Koji
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 巻: 278 ページ: 108405-1～8
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2022.108405
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Incorporation Site and Valence State of Sn Atoms in Sn-Substituted La(O,F)BiS2 Superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Li YaJun、Sun ZeXu、Kataoka Noriyuki、Setoguchi Taro、Hashimoto Yusuke、Takeuchi Soichiro、Koga Shunjo、Muro Takayuki、Demura Satoshi、Noguchi Kanako、Sakata Hideaki、Matsushita Tomohiro、Kawasaki Ikuto、Fujimori Shin-ichi、Wakita Takanori、Muraoka Yuji、Yokoya Takayoshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 054602-1～4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.054602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectron Diffraction and Holography Studies on Dopant Local Structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokoya Takayoshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 091007-1～10
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.091007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 機械学習を用いたコヒーレント回折パターンのノイズ除去 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川卓門, 竹尾陽子, 木村隆志, 吉見一慶
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] ベイズ最適化を用いた有効模型推定ツール(BEEMs)の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉見 一慶, 田村 亮, 山地 洋平, 三澤 貴宏
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] ハーフメタルLa0.7Sr0.3MnO3の高分解能スピン分解光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 横谷尚睦, 片岡範行, 脇田高徳, 藤原弘和, 福島優斗, 川口海周, 田中宏明, 森亮, 原沢あゆみ, 近藤猛, 組頭広志, 村岡祐治
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるノーダルライン半金属LaTe1+xBi1-xのバンド分散 (2023)
  • 著者名/発表者名: 齋藤竜聖, 片岡範行, 脇田高徳, 景山晴加, 近藤隆祐, 野上由夫, 田中清尚, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] Multipolar susceptibilities within dynamical mean-field theory and its application to CeB6 (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Otsuki
  • 学会等名: Simon's collaboration lecture (Online)
  • 招待講演
• [学会発表] 層状窒化塩化物電子ドープTiNClの電子構造研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片岡範行, 田中将嗣, 瀬戸口太朗, Li Ya jun, 川崎郁斗, 藤森伸一, 脇田高徳, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] ROBiS2 (R=La, Ce, Nd)の電子状態に対するRサイト置換効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片岡範行, 花田祐二, 長尾雅則, 脇田高徳, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] VUV-ARPESによるハーフメタル強磁性体CrO2の電子構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸口太朗, 片岡範行, Shiv Kumar, 出田真一郎, 島田賢也, 脇田高徳, 村岡祐治, ○横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会