今田 正俊 (イマダ マサトシ)

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所属

理工学術院 理工学術院総合研究所

職名

上級研究員(研究院教授)

ホームページ

http://www.aoni.waseda.jp/imada/index.html

学歴 【 表示 / 非表示

  • 1976年04月
    -
    1981年03月

    東京大学   理学系研究科   物理学専攻  

学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学   理学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2019年04月
    -
    継続中

    早稲田大学   理工学術院総合研究所   上級研究員/研究院教授

  • 2019年04月
    -
    継続中

    豊田理化学研究所   フェロー

  •  
    -
    継続中

    東京大学   名誉教授

  • 2006年04月
    -
    2019年03月

    東京大学   工学系研究科物理工学専攻   教授

  • 1997年09月
    -
    2006年03月

    東京大学   物性研究所   教授

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本物理学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 磁性、超伝導、強相関系

  • 半導体、光物性、原子物理

  • 計算科学

  • 数理物理、物性基礎

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 流体力学

  • トポロジカル物質

  • 計算物理学

  • 量子多体系

  • 超伝導

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論文 【 表示 / 非表示

  • Resonant Inelastic X-Ray Scattering Spectra of Cuprate Superconductors Predicted by Model of Fractionalized Fermions

    Masatoshi Imada

    Journal of the Physical Society of Japan   90 ( 7 ) 074702 - 074702  2021年07月  [査読有り]

    DOI

  • High-temperature superconductivity

    Xingjiang Zhou, Wei-Sheng Lee, Masatoshi Imada, Nandini Trivedi, Philip Phillips, Hae-Young Kee, Paivi Torma, Mikhail Eremets

    NATURE REVIEWS PHYSICS   3 ( 7 ) 462 - 465  2021年07月  [招待有り]

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    Despite decades of intense theoretical, experimental and computational effort, a microscopic theory of high-temperature superconductivity is not yet established. Eight researchers share their contributions to the search for a better understanding of unconventional superconductivity and their hopes for the future of the field.

    DOI

  • Local moments versus itinerant antiferromagnetism: Magnetic phase diagram and spectral properties of the anisotropic square lattice Hubbard model

    Marcin Raczkowski, Fakher F. Assaad, Masatoshi Imada

    Physical Review B   103 ( 12 )  2021年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    Using a cluster extension of the dynamical mean-field theory (CDMFT) we map out the magnetic phase diagram of the anisotropic square lattice Hubbard model with nearest-neighbor intrachain t and interchain t(perpendicular to) hopping amplitudes at half filling. A fixed value of the next-nearest-neighbor hopping t' = -t(perpendicular to)/2 removes the nesting property of the Fermi surface and stabilizes a paramagnetic metal phase in the weak-coupling regime. In the isotropic and moderately anisotropic regions, a growing spin entropy in the metal phase is quenched out at a critical interaction strength by the onset of long-range antiferromagnetic (AF) order of preformed local moments. It gives rise to a first-order metal-insulator transition consistent with the Mott-Heisenberg picture. In contrast, a strongly anisotropic regime t(perpendicular to)/t less than or similar to 0.3 displays a quantum critical behavior related to the continuous transition between an AF metal phase and the AF insulator. Hence, within the present framework of CDMFT, the opening of the charge gap is magnetically driven as advocated in the Slater picture. We also discuss how the lattice-anisotropy-induced evolution of the electronic structure on a metallic side of the phase diagram is tied to the emergence of quantum criticality.

    DOI

  • Single-Particle Spectral Function Formulated and Calculated by Variational Monte Carlo Method with Application to d -Wave Superconducting State

    Maxime Charlebois, Masatoshi Imada

    Physical Review X   10 ( 4 )  2020年11月  [査読有り]

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    A method to calculate the one-body Green's function for ground states of correlated electron materials is formulated by extending the variational Monte Carlo method. We benchmark against the exact diagonalization (ED) for the one- and two-dimensional Hubbard models of 16-site lattices, which proves high accuracy of the method. The application of the method to a larger-sized Hubbard model on the square lattice correctly reproduces the Mott insulating behavior at half-filling and gap structures of the d-wave superconducting state of the hole-doped Hubbard model in the ground state optimized by enforcing the charge uniformity, evidencing a wide applicability to strongly correlated electron systems. From the obtained d-wave superconducting gap of the charge-uniform state, we find that the gap amplitude at the antinodal point is several times larger than the experimental value when we employ a realistic parameter as a model of the cuprate superconductors. The effective attractive interaction of carriers in the d-wave superconducting state inferred for an optimized state of the Hubbard model is as large as the order of the nearest-neighbor transfer, which is far beyond the former expectation in the cuprates. We discuss the nature of the superconducting state of the Hubbard model in terms of the overestimate of the gap and the attractive interaction in comparison to the cuprates.

    DOI

  • Charge dynamics of correlated electrons: Variational description with inclusion of composite fermions

    Ido, K., Imada, M., Misawa, T.

    Physical Review B   101 ( 7 )  2020年  [査読有り]

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 統計力学 = Statistical mechanics 1

    東京大学工学教程編纂委員会, 宮下 精二, 今田 正俊

    東京大学  2018年

  • 計算と物質

    押山, 淳, 天能, 精一郎, 杉野, 修, 大野, かおる, 今田, 正俊, 高田, 康民

    岩波書店  2012年07月 ISBN: 9784000113038

  • p電子系およびナノ構造物質における強相関第一原理手法による電子状態の解明

    今田 正俊

    今田正俊  2008年

  • Physics of strongly correlated electron systems : proceedings of the Yukawa International Seminar 2004 : (YKIS 2004) : Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, November 1-19, 2004

    Yukawa International Symposium, 今田, 正俊, 川上, 則雄, 斯波, 弘行, 常次, 宏一

    Progress of Theoretical Physics  2006年

  • 統計物理学

    今田 正俊

    丸善  2004年 ISBN: 4621074830

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Misc 【 表示 / 非表示

  • Hidden self-energies as origin of cuprate superconductivity revealed by machine learning

    Youhei Yamaji, Teppei Yoshida, Atsushi Fujimori, Masatoshi Imada

       2019年03月

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    Experimental data are the source of understanding matter. However, measurable
    quantities are limited and theoretically important quantities are often hidden.
    Nonetheless, recent progress of machine-learning techniques opens possibilities
    of exposing them only from available experimental data. In this article, the
    Boltzmann-machine method is applied to the angle-resolved photoemission
    spectroscopy spectra of cuprate superconductors. We find prominent peak
    structures both in normal and anomalous self-energies, but they cancel in the
    total self-energy making the structure apparently invisible, while the peaks
    make dominant contributions to superconducting gap, hence providing a decisive
    testimony for the origin of superconductivity. The relation between superfluid
    density and critical temperature supports involvement of universal carrier
    relaxation time associated with dissipative strange metals. The present
    achievement opens avenues for innovative machine-learning spectroscopy method.

  • 機械学習を用いて量子多体系を表現する

    野村 悠祐, 山地 洋平, 今田 正俊

    日本物理学会誌   74 ( 2 ) 72 - 81  2019年

     概要を見る

    <p>量子多体系とは多数の自由度がお互いに相互作用しあう系を指し,そこにおける各自由度の運動は多体の波動関数によって支配される.多体波動関数さえわかってしまえば問題解決であるが,多体系のハミルトニアンの次元は自由度の数に対して指数関数的に増大するため,自由度の数が増えると多体波動関数を厳密に求めることは不可能になる.そのため,多体波動関数をいかに精度よく表現できるか?という問題は,非常に重要な課題になる.</p><p>この問題に対して新しい風が吹いている.これまで物理的洞察に基づいて波動関数を近似する試みは多くなされているが,それとは逆に対称性などの明らかな拘束条件以外には直観に頼らず,機械学習の力を借りて波動関数を構築しようという動きである.機械学習は膨大なデータセットからその本質的なパターンを抽出する.すなわち,本来の波動関数は指数関数的に大きな次元を持つベクトルとみなせるが,その本質的なパターンを機械学習によって見つけ出し,波動関数の次元よりもはるかに少ない数のパラメータを用いて波動関数を精度よく近似しようという試みである.</p><p>機械学習の手法の中でも,本稿では,人工ニューラル・ネットワークの一種であるボルツマンマシンを用いた変分波動関数について議論する.ボルツマンマシンは可視(入力)層の自由度である可視ユニットに加え,仮想的自由度である隠れ層の不可視ユニットで構成され,ユニット間が結合(相互作用)を持つ構造をしている.ボルツマンマシンは可視ユニットの状態配置を入力とし,その生成確率分布を学習する機械である.それに対し,多体波動関数は物理的なハミルトニアンの自由度の状態配置それぞれに対して値を与える.波動関数の値が,それらの状態配置に対する(複素数に一般化された)確率であると考えると,物理的ハミルトニアンの自由度と可視ユニット自由度を同一視することで,多体波動関数をボルツマンマシンによって書き下すことができる.すなわちボルツマンマシンをユニット間結合定数などを変分パラメータとする変分波動関数とみなし,物理的ハミルトニアンのエネルギー期待値を最小化するように波動関数を最適化し(機械学習の言語ではこれが学習に対応),未知の基底状態を探索する.</p><p>最初に量子多体系に適用されたのは,最も単純な構造をしている制限ボルツマンマシン(Restricted Boltzmann machine,略してRBM)である.RBMを用いた変分波動関数は量子スピン系に適用され,その精度の良さが実証された.</p><p>この研究を皮切りにRBM波動関数の特性が以下のようにわかってきた.i)不可視ユニットの数を指数関数的に増やすとどんな波動関数も表現可能.ii)相互作用が短(長)距離だと,エンタングルメント・エントロピーが表面(体積)則を満たすこと.iii)従来の波動関数法を組み合わせるとフェルミオン系などにも適応可能となりより良い精度が達成できること.iv)隠れ層を一層増やした深層ボルツマンマシン(DBM)にすると関数表現能力が格段に向上する.その性質を用いると,DBMを用いて基底状態の波動関数を厳密に構築できること.</p><p>ボルツマンマシン波動関数の研究は始まったばかりである.その有用性,より深い学理が近い将来明らかになるだろう.</p>

    CiNii

  • Common origin of the pseudogap in electron-doped and hole-doped cuprates governed by Mott physics

    M. Horio, S. Sakai, K. Koshiishi, Y. Nonaka, H. Suzuki, J. Xu, M. Hashimoto, D. Lu, Z. -X. Shen, T. Ohgi, T. Konno, T. Adachi, Y. Koike, M. Imada, A. Fujimori

       2018年01月

    機関テクニカルレポート,技術報告書,プレプリント等  

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    The pseudogap phenomena have been a long-standing mystery of the cuprate<br />
    high-temperature superconductors. Unlike the pseudogap in hole-doped cuprates,<br />
    however, the pseudogap in the electron-doped counterpart has been attributed to<br />
    band folding due to short-range antiferromagnetic (AFM) order. We performed<br />
    angle-resolved photoemission spectroscopy measurements on electron-doped<br />
    cuprates showing spin-glass and disordered AFM behaviors at low temperatures,<br />
    and found that the gap magnitude \textit{decreases} in the antinodal region<br />
    contrary to the hole-doped case. Moreover, the gap opening position was not<br />
    always on the AFM Brillouin zone boundary in contradiction with the requirement<br />
    of the AFM band-folding picture. These features are consistent with cluster<br />
    dynamical-mean-field-theory calculations which predict an $s$-symmetry<br />
    pseudogap that shrinks in the andinodal region. The present results support the<br />
    scenario that the proximity to the Mott insulator, without relying on the<br />
    well-developed AFM correlation, gives rise to a momentum-dependent pseudogap of<br />
    $s$-symmetry with indirect gap commonly in the electron-doped and hole-doped<br />
    cuprates, implying a universal origin of the pseudogap with a similarity to the<br />
    Mott gap formation.

  • Superconductivity Emerging from Excitonic Mott insulator - Theory of Alkaline Doped Fullerene

    Takahiro Misawa, Masatoshi Imada

       2017年11月

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    A three-orbital model derived from the two-dimensional projection of the $ab$
    $initio$ Hamiltonian for alkaline doped fullerene A$_3$C$_{60}$ with A=Cs,Rb,K
    is studied by a variational Monte Carlo method. We correctly reproduce the
    experimental isotropic s-wave superconductivity around the $ab$ $initio$
    parameters. With narrowing the bandwidth, the transition to an insulator is
    also reproduced, where orbital symmetry is found to be spontaneously broken
    with emergence of an excitonic Mott insulator for two orbitals and an
    antiferromagnetic insulator nearly degenerate with a spin liquid for the third
    orbital. The superconductivity is a consequence of exciton melting.

  • 階層的第一原理計算手法と創発概念が生む高温超伝導体の理解 (第一原理からの物性シミュレーション特集号) -- (強相関,トポロジカル系)

    今田 正俊

    固体物理   52 ( 11 ) 649 - 660  2017年11月

    CiNii

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