研究者業績
基本情報
- 所属
- 上智大学 理工学部機能創造理工学科 教授(兼任)応用データサイエンス学位プログラム運営委員長
- 学位
- 理学士(東京大学)理学修士(東京大学)理学博士(東京大学)
- 研究者番号
- 50201976
- J-GLOBAL ID
- 200901008827204586
- researchmap会員ID
- 1000082891
- 外部リンク
量子ホール効果に関する研究で東京大学で理学博士を取る。博士研究員としてドイツ滞在中に,Anderson転移に関する数値スケーリング法について学ぶ。これを応用し,準位統計のスケーリングを大阪大学,東邦大学で行う。上智大学に来てからは大規模数値計算による,局在長,2端子コンダクタンスの研究を行っている。最近はトポロジカル絶縁体・超伝導体の研究を主に行っている。2016年以降,物性物理学における機械学習の応用をテーマに研究を続けている。
教育;力学,電磁気学,線形代数,統計力学,固体物理の講義を行ってきた。大学院ではナノスケールの物理や相転移の物理を教えている。
研究;不規則電子系における量子輸送現象を研究している。特にAnderson転移の性質を大規模数値計算で調べてきた。最近はスピンが絡んだ輸送現象の研究も行っている。
(研究テーマ)
アンダーソン転移の数値的研究
スピンに関連した量子輸送現象の研究
物性物理学における機械学習の応用
研究キーワード
7研究分野
1受賞
8-
2019年5月
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2018年4月
論文
208-
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2025年10月
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Physical Review Research 2025年1月23日
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Applied Physics Letters 2024年5月13日
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Physical Review B 108(18) 2023年11月17日 査読有り
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PRX Quantum 4(4) 2023年10月18日 査読有り
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Physical Review Letters 2023年8月1日 査読有り
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physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters 2023年4月7日 査読有り
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Physical Review Research 2022年12月19日 査読有り
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Nature Communications 13(1) 2022年12月 査読有りAbstract When the electric conductance of a nano-sized metal is measured at low temperatures, it often exhibits complex but reproducible patterns as a function of external magnetic fields called quantum fingerprints in electric conductance. Such complex patterns are due to quantum–mechanical interference of conduction electrons; when thermal disturbance is feeble and coherence of the electrons extends all over the sample, the quantum interference pattern reflects microscopic structures, such as crystalline defects and the shape of the sample, giving rise to complicated interference. Although the interference pattern carries such microscopic information, it looks so random that it has not been analysed. Here we show that machine learning allows us to decipher quantum fingerprints; fingerprint patterns in magneto-conductance are shown to be transcribed into spatial images of electron wave function intensities (WIs) in a sample by using generative machine learning. The output WIs reveal quantum interference states of conduction electrons, as well as sample shapes. The present result augments the human ability to identify quantum states, and it should allow microscopy of quantum nanostructures in materials by making use of quantum fingerprints.
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Physical Review Research 2022年9月26日 査読有り
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Physical Review Research 2022年5月11日 査読有り
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Physical Review B 2022年2月8日 査読有り
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Physical Review B 104(17) 2021年11月18日 査読有り
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Physical Review B 2021年11月1日 査読有り
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Physical Review B 2021年9月24日 査読有り
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Journal of the Physical Society of Japan 90(9) 094001-094001 2021年9月15日 査読有り
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Physical Review B 2021年7月16日 査読有り
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Physical Review Letters 126 090402-090402 2021年3月5日 査読有りThe interplay between non-Hermiticity and disorder plays an important role in condensed matter physics. Here, we report the universal critical behaviors of the Anderson transitions driven by non-Hermitian disorders for a three-dimensional (3D) Anderson model and 3D U(1) model, which belong to 3D class AI† and 3D class A in the classification of non-Hermitian systems, respectively. Based on level statistics and finite-size scaling analysis, the critical exponent for the length scale is estimated as ν=0.99±0.05 for class AI†, and ν=1.09±0.05 for class A, both of which are clearly distinct from the critical exponents for 3D orthogonal and 3D unitary classes, respectively. In addition, spectral rigidity, level spacing distribution, and level spacing ratio distribution are studied. These critical behaviors strongly support that the non-Hermiticity changes the universality classes of the Anderson transitions.
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Phys. Rev. Research 2(6) 022061-1-022061-6 2020年6月18日 査読有りWe study the dynamics of Dirac and Weyl electrons in disordered point-node semimetals. The ballistic feature of the transport is demonstrated by simulating the wave-packet dynamics on lattice models. We show that the ballistic transport survives under a considerable strength of disorder up to the semimetal-metal transition point, which indicates the robustness of point-node semimetals against disorder. We also visualize the robustness of the nodal points and linear dispersion under broken translational symmetry. The speed of the wave packets slows down with increasing disorder strength, and vanishes toward the critical strength of disorder, hence becoming the order parameter. The obtained critical behavior of the speed of the wave packets is consistent with that predicted by the scaling conjecture.
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Journal of the Physical Society of Japan 89(2) 022001-1-022001-18 2020年2月15日 査読有り招待有りApplications of neural networks to condensed matter physics are becoming popular and beginning to be well accepted. Obtaining and representing the ground and excited state wave functions are examples of such applications. Another application is analyzing the wave functions and determining their quantum phases. Here, we review the recent progress of using the multilayer convolutional neural network, so-called deep learning, to determine the quantum phases in random electron systems. After training the neural network by the supervised learning of wave functions in restricted parameter regions in known phases, the neural networks can determine the phases of the wave functions in wide parameter regions in unknown phases; hence, the phase diagrams are obtained. We demonstrate the validity and generality of this method by drawing the phase diagrams of two- and higher dimensional Anderson metal–insulator transitions and quantum percolations as well as disordered topological systems such as three-dimensional topological insulators and Weyl semimetals. Both real-space and Fourier space wave functions are analyzed. The advantages and disadvantages over conventional methods are discussed.
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Physical Review B 101(2) 020202(R)-020202(R) 2020年1月21日 査読有りIdentifying unconventional quantum phase transitions is one of the most fundamental subjects in quantum physics. To this end, critical exponents in disorder-driven quantum phase transitions in Weyl semimetals and symmetry-protected topological phases have been extensively studied in recent years. In this Rapid Communication, we provide precise critical exponent of the Anderson metal-insulator transition in three-dimensional (3D) orthogonal class with particle-hole symmetry, class CI, as ν = 1.16 ± 0.02 . We further study disorder-driven quantum phase transitions in the 3D nodal line Dirac semimetal model, which belongs to class BDI, and estimate the critical exponent as ν = 0.80 ± 0.02 . From a comparison of the exponents, we conclude that a disorder-driven reentrant insulator-metal transition from the topological insulator phase in the class BDI to the metal phase belongs to the same universality class as the Anderson transition in the 3D class BDI. We also argue that small disorder drives the nodal line Dirac semimetal in the clean limit to the metal.
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92(12) 281-286 2019年12月23日 査読有り
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Journal of the Physical Society of Japan 88(12) 123704-123704 2019年12月15日 査読有りQuantum material phases such as the Anderson insulator, diffusive metal, and Weyl=Dirac semimetal as well as topological insulators show specific wave functions both in real and Fourier spaces. These features are well captured by convolutional neural networks, and the phase diagrams have been obtained, where standard methods are not applicable. One of these examples is the cases of random lattices such as quantum percolation. Here, we study the topological insulators with random vacancies, namely, the quantum percolation in topological insulators, by analyzing the wave functions via a convolutional neural network. The vacancies in topological insulators are especially interesting since peculiar bound states are formed around the vacancies. We show that only a few percent of vacancies are required for a topological phase transition. The results are confirmed by independent calculations of localization length, density of states, and wave packet dynamics.
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Journal of the Physical Society of Japan 87(9) 094703-1-094703-6 2018年8月2日 査読有りThe transfer matrix method is inherently serial and is not well suited to modern massively parallel supercomputers. The obvious alternative is to simulate a large ensemble of hypercubic systems and average. While this permits taking full advantage of both OpenMP and MPI on massively parallel supercomputers, a straight forward implementation results in data that does not scale. We show that this problem can be avoided by generating random sets of orthogonal initial vectors with an appropriate stationary probability distribution. We have applied this method to the Anderson transition in the three-dimensional orthogonal universality class and been able to increase the largest L × L cross section simulated from L = 24 [New J. Phys. 16, 015012 (2014)] to L = 64 here.
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パリティ 33(8) 6-10 2018年7月25日 査読有り招待有り機械学習,特にニューラルネットワークを利用した固体物理の研究が最近,活発に行われている。これらの研究の現状を,画像解析と強化学習の方法に分けて解説し,従来の方法との比較を行い,今後の展望について考える。
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Physical Review B 98(2) 020201-1-020201-5 2018年7月5日 査読有り
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Physical Review B 97(4) 045129-1-045129-21 2018年1月16日 査読有り
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Journal of the Physical Society of Japan 86(11) 113704 2017年11月15日 査読有り
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JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 86(11) 2017年11月 査読有り
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パリティ 32(7) 52-56 2017年6月23日 査読有り招待有り機械学習を利用した画像解析が最近,格段の進歩を遂げた。こうした手法を固体物理に応用する試みが始まっている。
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JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 86(4) 044708 2017年4月 査読有り
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JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 85(12) 123706 2016年12月 査読有り
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PHYSICAL REVIEW B 94(23) 235414-1-235414-11 2016年12月 査読有り
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PHYSICAL REVIEW B 94(22) 220403 2016年12月 査読有り
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JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 85(10) 104712 2016年10月 査読有り
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PHYSICAL REVIEW LETTERS 116(6) 066401 2016年2月 査読有り
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日本物理学会講演概要集 71 1209-1209 2016年<p>We report the results of a numerical study of the Anderson transition in a model including classical magnetic impurities, which we call the Anderson-Heisenberg model. In this model randomly oriented Heisenberg like magnetic impurities are distributed randomly on a small percentage of lattice sites. These couple locally to the electron with exchange coupling strength J. One of the motivations for studying this model is to better understand the metal insulator transition in doped semiconductors.</p>
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日本物理学会講演概要集 71 1226-1226 2016年<p>トポロジカル絶縁体とワイル半金属それぞれのナノ薄膜の2次元的トポロジカル特性に着目し,膜厚を制御した時の性質の変化を比較した.それぞれ時間反転に対する対称性が異なるため,薄膜に加工した時の2次元的トポロジカル特性は,前者は量子スピンホール効果,後者はいわゆる量子異常ホール効果に類似したものとなるが,膜厚を制御したときの2次元的トポロジカル特性の現れ方に完全な類似性を見いだす事ができた.</p>
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日本物理学会講演概要集 71 1222-1222 2016年<p>乱れたワイル半金属表面に電子波束を注入した際のダイナミクスを報告する。チェビシェフ展開を用いた高精度の時間発展シミュレーションにより、ワイル半金属における量子拡散現象を明らかにする。</p>
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日本物理学会講演概要集 71 1052-1052 2016年<p>前回Lifshitz tailの原因となる局在電子をワイル半金属において存在することを数値的に確認し報告した。引き続きワイル半金属をモデルに今回は定量評価として局在電子の系のサイズ依存性について検証した。局在電子数とサイズの関係から現実的なサイズでLifshitz tailが半金属-金属相転移に影響を及ぼすのか議論する。</p>
MISC
139書籍等出版物
11-
朝倉書店 2019年10月10日 (ISBN: 9784254131291)機械学習を使って物理学で何ができるのかを解説した著書。大槻・真野の分担は機械学習,深層学習が物理に何を起こそうとしているかを波動関数の解析を例に解説した,第1章である。
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Wiley-Scrivener 2019年4月9日 (ISBN: 9781119407294)Topological properties are sometimes emergent or enforced by the breaking of translational invariance. Here, in this chapter we discuss dimensional crossover of topological properties in thin films of topological insulators (TI) and Weyl semi- metals, electronic properties on the surface of TI nanoparticles and TI nanowires as a constrained electronic system. To discuss the effects of disorder is another highlight of this chapter. We cast on the unusual robustness of Dirac and Weyl semimetal phases against disorder, then the discussion is turned to a novel type of quantum criticality emergent from this unusual robustness, leading us to formu- late the scaling theory of semimetal-metal transition. The concept of topological matter dose not fade under circumstances of absent translational invariance; it is on the contrary, emergent or enforced under such circumstances.
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Wiley online library 2019年3月12日 (ISBN: 9781119407317)
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Oxford University Press 2012年7月18日 (ISBN: 9780199592593)
所属学協会
2共同研究・競争的資金等の研究課題
28-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 2022年6月 - 2027年3月
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日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 2022年6月 - 2027年3月
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日本学術振興会 科学研究費助成事業 2021年4月 - 2026年3月
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日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 2021年4月 - 2026年3月
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日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 2019年4月 - 2024年3月
その他
6-
2005年10月 - 2008年3月文部科学省の現代GP,グローバル社会における系統的科学英語教育の支援を受け,カリキュラム委員長として30科目以上にわたる表記の科目群を整えた。また実際に物理系の科目を,パワーポイント,WEBサイト,DVD(The mechanical universe and beyond..)を用い,リスニング,ライティング,リーディングを教えた。\nまた本プログラムは30科目以上の講義からなるが,そのカリキュラム委員長を務めた。さらに各種の電子教材を作成した。
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1998年4月 - 2007年9月ナノスケールの物理学に関する講義ノートを電子化し,学生に配付した。これにより学生は予習,復習を容易に行えるようになった。さらに細かい記法と複雑な式を正確に学べるようになった。
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1999年4月 - 2001年9月物理学を学ぶ上で必要な数学と,それをふまえた体系的な力学を講義ノートを電子化して教授した。学生は詳しい講義ノートをダウンロード,印刷することで内容に集中できるようになった。