Nomura, Yusuke

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Physico-Informatics (Yagami)

Position

Associate Professor

Career 【 Display / hide

  • 2015.04
    -
    2016.08

    École polytechnique, Postdoctoral fellow

  • 2016.09
    -
    2019.03

    The University of Tokyo, Department of Applied Physics, Research Associate

  • 2019.04
    -
    2022.03

    RIKEN, Center for Emergent Matter Science, Research Scientist

  • 2022.04
    -
    Present

    Keio University, Faculty of Science and Technology, Associate Professor

Academic Background 【 Display / hide

  • 2006.04
    -
    2008.03

    The University of Tokyo, College of Arts and Sciences, 理科I類

  • 2008.04
    -
    2010.03

    The University of Tokyo, Faculty of Science, Department of Physics

  • 2010.04
    -
    2015.03

    The University of Tokyo, The Graduate School of Engineering, Department of Applied Physics

 

Research Areas 【 Display / hide

  • Natural Science / Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems

Research Keywords 【 Display / hide

  • Machine learning

  • Condensed Matter Physics

  • Computational Materials Science

 

Books 【 Display / hide

  • Ab Initio Studies on Superconductivity in Alkali-Doped Fullerides

    Yusuke Nomura, Springer Theses, 2016

Papers 【 Display / hide

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide

  • Machine Learning for Quantum Many-body Problems

    野村悠祐

    電子情報通信学会誌 104 ( 11 ) 1150 - 1157 2021.11

    ISSN  0913-5693

  • Direct observation of Mo-4d and Nd-4f orbital electrons in pyrochlore oxide Nd<sub>2</sub>Mo<sub>2</sub>O<sub>7</sub>

    鬼頭俊介, 金子良夫, 野村悠祐, 有田亮太郎, 有田亮太郎, 十倉好紀, 十倉好紀, 澤博, 有馬孝尚, 有馬孝尚

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 76 ( 2 )  2021

    ISSN  2189-079X

  • Finite-temperature calculations using deep Boltzmann machines(II): Numerical purification of Gibbs states

    吉岡信行, 吉岡信行, 野村悠祐, NORI Franco, NORI Franco

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 76 ( 2 )  2021

    ISSN  2189-079X

  • Finite-temperature calculations using deep Boltzmann machines(I): Analytical purification of Gibbs states

    野村悠祐, 吉岡信行, 吉岡信行, NORI Franco, NORI Franco

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 76 ( 2 )  2021

    ISSN  2189-079X

  • 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-

    野村悠祐

    固体物理 56 ( 3 ) 117 - 130 2021

    ISSN  0454-4544

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Presentations 【 Display / hide

  • Artificial neural networks for exploring quantum many-body physics

    Yusuke Nomura

    Variational Learning for Quantum Matter, 

    2022.07

  • Nickelate superconductors: electronic and magnetic properties and materials design

    Yusuke Nomura

    日本材料科学会 2022年度学術講演大会, 

    2022.05

  • Artificial neural networks for quantum many-body problems

    Yusuke Nomura

    APS March Meeting 2022, 

    2022.03

  • フラーレン超伝導体薄膜における超伝導のドーピング非対称性

    野村悠祐

    京都大学基礎物理学研究所研究会 「非自明な電子状態が生み出す超伝導現象の最前線:新たな挑戦と展望」, 

    2021.12

  • Artificial Neural Networks for Analyzing Quantum Many-Body Problems

    Yusuke Nomura

    KMS 2021 Winter Conference, 

    2021.11

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide

  • Development of theories for strongly correlated materials design

    2021.04
    -
    2024.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

  • First-principles calculations for strongly-correlated materials with an interdisciplinary approach based on machine learning and physics

    2020.04
    -
    2023.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, No Setting

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    本研究は、機械学習と量子多体論の分野融合型のアプローチに基づいて、強力かつ汎用的な強相関数値手法を開発し、それを第一原理計算と融合させることによって、強相関物質に対する高精度な定量計算を実現することが目的である。具体的には、1. 強相関数値手法開発、2. 開発した手法の精度検証、3. 現実の系への適用が、研究の主眼である。
    <BR>
    本年度においては、まず電子・格子自由度が相互作用しあう模型に対する人工ニューラル・ネットワークに基づいた波動関数法の開発に成功し、これまでの波動関数法よりも優れた精度で解析が可能になることを示した。この成果は、これまで電子間の強いクーロン相互作用によってモット絶縁体となった物質の基本模型である量子スピン模型への適用がほとんどだった現状を打破し、ニューラル・ネットワーク波動関数法の適用範囲を広げるものである。また、手法拡張と同時に、量子スピン模型においては、手法開発・ベンチマークの段階を超えて、これまで厳密解がわかっていない挑戦的模型への適用も開始した。
    <BR>
    具体的には、競合するスピン間相互作用によりスピン配置にフラストレーションが生じる2次元のJ1-J2模型ハイゼンベルグ模型への適用を行った。この模型は銅酸化物高温超伝導体の母物質の基本模型としても知られる重要な模型であるが、量子モンテカルロ法が負符号により適用が困難であるため、その相図解明は長年の課題となっていた。今回の高精度なニューラル・ネットワーク波動関数法の適用により、フラストレーションの強い領域で、絶対零度でもスピン配置が秩序しないエキゾティックな状態である量子スピン液体相が存在することが示唆された。これまでのJ1-J2模型ハイゼンベルグ模型の研究でも、量子スピン液体相の存在は示唆されていたが、その相境界も先行研究よりも正確に求めることに成功し、量子スピン液体の存在のより強い証拠を示した。

  • Realization of first-principles calculations of magnetism and superconductivity by compression of high-dimensional data

    2018.04
    -
    2021.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Otsuki Junya, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

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    Strongly correlated electron compounds offers various practically useful functionalities such as magnetism and superconductivity. The susceptibility represents the response to an external field, and plays an important role in understanding their physical properties. However, calculations of the susceptibility for realistic strongly correlated compounds have not been realized due to the difficulty in numerical calculations. Applying data science approaches, this project has achieved important progress toward the realization of susceptibility calculations for strongly correlated compounds.

  • Investigation of roles of phonons and phonon-induced functional properties in strongly-correlated materials

    2017.04
    -
    2021.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Nomura Yusuke, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), No Setting

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    In strongly correlated materials, which exhibit various functional properties such as magnetism and superconductivity, electronic degrees of freedom are closely intertwined with phonon (lattice vibration) degrees of freedom. However, the role of phonons in strongly correlated materials remains largely unexplored. The purpose of this study was to advance our understanding of the interplay between electron and phonon degrees of freedom in strongly correlated systems. In this study, we developed a powerful solver for electron-phonon-coupled models using machine learning, and laid the foundation for understanding the phonon degrees of freedom in real materials. In addition, we have obtained important implications showing the possibility of enhancing superconductivity by controlling the lattice structure in the recently discovered nickel oxide superconductors.

  • Materials Design and Exploration of Functions for Strongly Correlated Materials - Challenges to Non-equilibrium and Non-Periodic Systems

    2016.05
    -
    2021.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S), Grant-in-Aid for Scientific Research (S), No Setting

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    強相関電子系の高精度解明や第一原理的究明の多数の成果のうち字数の関係で数点に絞って述べる。
    第一原理的なハミルトニアンを得る方法を改良して適用し、量子ソルバーで解いて銅酸化物の実験相図の初めての定量再現に成功したが、この結果から、モット絶縁体の金属化で生じる特有の強い有効引力が超伝導の主因であり、またストライプ相との激しい競合の原因でもあることを解明した。さらに超伝導凝縮エネルギーの主因を解明した。2種類のキャリア濃度のLa2-xSrxCuO4の界面での格子緩和が界面での電子状態の急激な変化を緩やかにし、界面一層での超伝導最適化に有利に働くことを示した。幾何学的にフラストレートした量子ハイゼンベルク模型で、電子が分数化し、スピノンを分数粒子として持つ量子スピン液体相が存在することを確立した。角度分解光電子分光の機械学習で自己エネルギーの正常部分と異常部分の顕著なピーク構造と全自己エネルギーでの相殺を発見していたが、ノイズの影響、外的影響、結果の異なる先行研究との比較検証から、この発見の信頼性を確立した。また「悪い金属」との関係、超伝導の転移温度を決める新たな要素を見出した。
    高圧下の高温超伝導が量子結晶を舞台に生じていることを示した。Ni酸化物の超伝導と銅酸化物との比較および超伝導最適化に結びつき得る物質設計を行なった。準結晶超伝導の特異な性格を解明した。
    ハバード模型のd波超伝導でのギャップの構造を求め現実の銅酸化物との差異に関する知見と洞察を得た。
    種々のIr酸化物とRu塩化物の第一原理有効ハミルトニアンを導き、外部電場・磁場効果、電子相関効果、スピン軌道相互作用効果、トポロジカルな性質、物性と機能性を解明した。また、ルテニウムのハロゲン化物において、マヨラナ物質の実現の道筋を示した。
    ランダム系の電子相図を機械学習で解明した。スキルミオンの安定化機構、電気磁気効果を解明した。

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Awards 【 Display / hide

  • IOP Trusted Reviewer

    2021.09

  • Emerging Leaders 2020

    2020.04, Journal of Physics: Condensed Matter

  • Young Scientist Award of the Physical Society of Japan

    2017.03

  • PhD Thesis Award (Department of Applied Physics)

    2015.03, The University of Tokyo

 

Courses Taught 【 Display / hide

  • SPECIAL TOPICS IN APPLIED PHYSICS AND PHYSICO-INFORMATICS

    2022

  • PRESENTATION TECHNIQUE

    2022

  • LABORATORIES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY

    2022

  • INDEPENDENT STUDY ON INTEGRATED DESIGN ENGINEERING

    2022

  • GRADUATE RESEARCH ON INTEGRATED DESIGN ENGINEERING 2

    2022

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide

  • American Physical Society, 

    2013.02
    -
    Present
  • The Physical Society of Japan, 

    2011.01
    -
    Present

Committee Experiences 【 Display / hide

  • 2020.04
    -
    2021.03

    運営委員 (領域7), 日本物理学会