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西口 和孝大学院システム情報学研究科 システム情報学専攻講師
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■ 論文- 2026年09月, NEW JOURNAL OF CHEMISTRY, 英語研究論文（学術雑誌）
- Molecular Dynamics Simulations of SrTiO$_3$ with Oxygen Vacancies using Neural Network PotentialsA precise analysis of point defects in solids requires accurate molecular dynamics (MD) simulations of large-scale systems. However, ab initio MD simulations based on density functional theory (DFT) incur high computational cost, while classical MD simulations lack accuracy. We perform MD simulations using a neural network potential (NNP) model (NNP-MD) to predict the physical quantities of both pristine SrTiO$_3$ and SrTiO$_3$ in the presence of oxygen vacancies (V$_{\text{O } }$). To verify the accuracy of the NNP models trained on different data sets, their NNP-MD predictions are compared with the results obtained from DFT calculations. The predictions of the total energy show good agreement with the DFT results for all these NNP models, and the NNP models can also predict the formation energy once SrTiO$_3$:V$_{\text{O } }$ data are included in the training data sets. Even for larger supercell sizes that are difficult to calculate using first-principles calculations, the formation energies evaluated from the NNP-MD simulations well reproduce the extrapolated DFT values. This study offer important knowledge for constructing accurate NNP models to describe point-defect systems including SrTiO$_3$:V$_{\text{O } }$.2025年06月
- American Chemical Society (ACS), 2025年03月, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2823 - 2830[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Physical Society of Japan, 2025年02月, Journal of the Physical Society of Japan, 94(2) (2)[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2023年04月, The Journal of Physical Chemistry C, 127(16) (16), 7887 - 7893, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Physical Society of Japan, 2022年06月, Journal of the Physical Society of Japan, 91(6) (6)[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- American Chemical Society (ACS), 2021年10月, The Journal of Physical Chemistry C, 125(40) (40), 21840 - 21850[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Physical Society of Japan, 2021年09月, Journal of the Physical Society of Japan, 90(9) (9), 094707 - 094707, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2021年04月, J. Phys. Soc. Jpn. 90, 054705 (2021)[査読有り]
- We study possible superconductivity in a carrier-doped iridium oxidePhysical Society of Japan, 2019年04月, J. Phys. Soc. Jpn. 88 (2019), 094701, 88(9) (9), 094701 - 094701, 英語
insulator Sr$_{2}$IrO$_{4}$ based on an effective $t_{2g}$ three-orbital
Hubbard model on the square lattice with a large spin-orbit coupling (SOC).
Numerically solving the linearized Eliashberg equation for the superconducting
(SC) gap function with the random phase approximation, we systematically
examine both singlet and triplet SC gap functions with possible pairing
symmetries and the parameter dependence of the superconductivity. For the
realistic SOC $\lambda$ and Hund's coupling $J/U$ relevant to
Sr$_{2}$IrO$_{4}$, namely, for a large $\lambda$ and small $J/U$ region, we
find that the intra-band antiferromagnetic (AF) pseudospin $\bm{j}_{\text{eff } }
= -\bm{l}+\bm{s}$ fluctuations favor a $d_{x^{2}-y^{2 } }$-wave pseudospin
$j_{\text{eff } }=1/2$ singlet pairing in the electron-doping. We also find that
the $d_{x^{2}-y^{2 } }$-wave pairing is more stabilized with increasing the SOC
and decreasing the Hund's coupling. Furthermore, we show for a small $\lambda$
and large $J/U$ region that an $s_{\pm}$-wave singlet pairing is favored in the
hole-doped region. The origin of the $s_{\pm}$-wave pairing is due to the
inter-band pair scattering arising from the intra-orbital AF spin $\bm s$
fluctuations. Although the possibility of a pseudospin triplet pairing is
considered, we find it always unfavorable for all parameters studied here. The
experimental consequences for other strongly correlated materials with a large
SOC are also discussed.[査読有り]研究論文（学術雑誌） - This study theoretically investigated the magnetic properties and electronic2018年11月, Carbon 143 (2019) 828-836
structure of a graphene-based nano-spin-valve-like structure. Magnetic nickel
layers on both sides of the graphene were considered. A spin-polarized
generalized-gradient approximation determined the electronic states. In an
energetically stable stacking arrangement of graphene and two nickel layers,
the anti-parallel spin configuration of the underlayer and overlayer magnetic
moments had the lowest energy, which is in agreement with previous experimental
studies. The spin density mapping and obtained band-structure results show that
when the upper and lower Ni(111) slabs have an anti-parallel (parallel)
magnetic-moment configuration, the carbon atoms of sublattices A and B will
have an antiferromagnetic (ferromagnetic) spin configuration. A band gap at the
Dirac cone was open when the alignment had an anti-parallel configuration and
closed when the alignment had a parallel configuration. Therefore, the in-plane
conductance of the graphene layer depends on the magnetic alignment of the two
nickel slabs when the Fermi level is adjusted at the Dirac point. Both the
magnetic properties and electronic structures of the Ni/graphene/Ni
nanostructure cause the system to be a new prospective spintronic device
showing controllable in-plane magnetoresistance.[査読有り]研究論文（学術雑誌） - We present a theoretical study of non-bonding edge modes at the mono-hydrogenated armchair edge (A1 edge) of a graphene ribbon by modifying its bulk electronic structure. Structural deformation of graphene bulk is known to lead Dirac cones to change their location in the Brillouin zone. We adopt the Ryu–Hatsugai criterion on the edge states to identify a non-trivial topological phase in a parametrized Hamiltonian space for graphene ribbons. For the armchair ribbon, the Dirac-cone shift happens along the 1st Brillouin zone and a non-trivial winding number appears except for a special case where the shifted Dirac points are mapped always to the Γ point irrespective of the deformation. We also discuss the electronic band structure of the ribbon by performing DFT-LDA calculation to show the indication of edge state occurrence. By utilizing the tight-binding model to examine a large-size limit of the deformed ribbon structure, an explicit function form of the edge state at A1 is derived. Our results from the Ryu–Hatsugai criterion and the band structure calculations show a physical proof of the existence of the edge states at the armchair graphene ribbon edge when the bulk graphene structure is properly deformed. Observation of this phenomenon is expected to be induced by coherent phonons in a µm graphene sample having a long armchair edge.2018年07月, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 084706 (2018)[査読有り]
- In order to theoretically identify the factors governing superconductivity in2018年06月, Phys. Rev. B 98, 174508 (2018)
multi-layer cuprates, a three-layer Hubbard model is studied with the
two-particle self-consistent (TPSC) approach so as to incorporate electron
correlations. The linearized Eliashberg equation is then solved for the gap
function in a matrix form to resolve the role of outer CuO$_2$ planes (OPs) and
inner plane (IP). We show that OPs dominate IP in the $d_{x^{2}-y^{2 } }$-wave
superconductivity, while IP dominates in the antiferromagnetism. This comes
from an electron correlation effect in that the correlation makes the doping
rates different between OPs and IP (i.e., a self-doping effect), which occurs
in intermediate and strong correlation regimes. Namely, the antiferromagnetic
fluctuations in IP are stronger due to a stronger electron correlation, which
simultaneously reduces the quasiparticle density of states in IP with a
suppressed $d_{x^{2}-y^{2 } }$-wave superconductivity. Intriguingly, while the
off-diagonal (inter-layer) elements in the gap function matrix are tiny, {\it
inter-layer pair scattering} processes are in fact at work in enhancing the
superconducting transition temperature $T_{\text{c } }$ through the inter-layer
Green's functions. This actually causes the trilayer system to have higher
$T_{\text{c } }$ than the single-layer in a weak- and intermediate-coupling
regimes. This picture holds for a range of the on-site Hubbard repulsion $U$
that contains those estimated for the cuprates. The present result is
qualitatively consistent with nuclear magnetic resonance experiments in
multi-layer cuprates superconductors.[査読有り]研究論文（学術雑誌） - To explore material dependence of cuprate superconductors, we evaluate2018年05月, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 114701 (2018)
effective Coulomb interactions for Hg1201 and Tl1201, where Tl1201 having a
nearly half value of T_c of Hg1201 even at the optimal oxygen concentration.
Although structures are similar for these superconductors, there is an apparent
difference in the occupied levels below EF. The characteristic difference in
the band structure is correlated with oxygen contents in the buffer layer. By
using constrained Random Phase Approximation, effective screened Coulomb
interactions are estimated for HgBa_2CuO_4 and TlBa_2CuO_5. The results shows
that the value of screened on-site Coulomb interaction in Hg1201 is nearly
twice bigger than that in Tl1201. In addition, The eigenvalues of the
linearized Eliashberg equation of single-band Hubbard model within FLEX can
show apparent difference in T_c. When we assume that the twice big screened
on-site Coulomb for Hg, the material dependent T_c might be explained.[査読有り]研究論文（学術雑誌） - 東京 : アドバンスソフト出版事業部, 2018年01月, アドバンスシミュレーション = Advance simulation / アドバンスソフト株式会社編集委員会 編, 25, 43 - 54, 日本語強相関電子系へのAdvance/PHASEの適用—Application of Advance/PHASE to Strongly Correlated Electron Systems—特集 アドバンスソフトにおける研究開発 ; アドバンスソフトにおける外部機関との連携[査読有り][招待有り]
- 2017年08月, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 86(8) (8), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Institute of Physics Publishing, 2017年04月, Journal of Physics: Conference Series, 807(5) (5), 英語[査読有り]研究論文（国際会議プロシーディングス）
- An enhancement mechanism of two-particle exchange interactions in single- and multi-layer cuprate superconductorsTo explore material dependence of layered cuprate superconductors, we examine2017年04月
effective two-particle interactions for Hg1201 and Tl1201, where Tl1201 having
a nearly half value of Tc of Hg1201 even at the optimal oxygen concentration.
Although the 3dx_2-y_2 band, the Fermi surface, and its Wannier-orbitals are
similar for these superconductors, there is an apparent difference in the
unoccupied levels above EF. Based on a multi-reference
density-functional-theory formulation, effective two-particle exchange
interactions are estimated to derive enhancement in intra-layer exchange
interactions for HgBa2CuO4, while it is weakened in TlBaLaCuO5 and furthermore
it is weak in TlBa2CuO5. The characteristic difference in the band structure is
correlated with oxygen contents in the buffer layer. We also comment on the
similar feature in triple-layered compounds. Our spin-fluctuation enhancement
mechanism in an electron-correlation regime is consistent with the experimental
fact.研究論文（学術雑誌） - 2017年, アドバンスシミュレーション, Vol. 25. (2017)[査読有り][招待有り]
- To reveal a possible electronic instability toward various symmetry broken ordered states of Sr2IrO4, we investigate generalized susceptibilities of a three-orbital Hubbard model with spin–orbit coupling in the random phase approximation (RPA). By calculating the magnetic susceptibilities, we find that the in-plane antiferromagnetic instability of an effective total angular momentum Jeff = 1/2 is the strongest for a realistic set of parameters for Sr2IrO4. This is in good agreement with the strong coupling theoretical study and the experimental observation. We also discuss the possibility of superconductivity in doped Sr2IrO4.2013年09月, JPS Conf. Proc. 3, 015037 (2014)[査読有り]
- 2013年07月, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 88(1) (1), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2013年03月, The University of TokyoTheory of high Tc superconductivity in multi-layered cuprates[査読有り]学位論文（博士）
- 応用物理学会学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2026年シリカのエッチング過程のニューラルネットワーク分子動力学シミュレーション
- 応用物理学会学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2026年因果発見と構造生成モデルを用いた固体電解質ポリマーの逆設計
- 応用物理学会学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2026年ニューラルネットワークポテンシャルを用いた全固体電池における固体電解質界面の大規模シミュレーション
- 2025 MRS Fall Meeting, 2025年12月, 英語Machine Learning Molecular Dynamics of Silica Etching by Hydrogen Fluoride
- 2025 MRS Fall Meeting, 2025年12月, 英語Molecular Dynamics Simulations of SrTiO3 with Oxygen Vacancies Using Neural Network Potentials—Predicting Total and Formation Energy
- 第86回応用物理学会秋季学術講演会, 2025年09月, 日本語機械学習分子動力学シミュレーションによるSrTiO3の酸素欠陥の形成エネルギーの予測
- 日本化学会春季年会講演予稿集(Web), 2025年動的モンテカルロシミュレーションを組み込んだサイバーフィジカルループによる不純物ドープSrTiO3光触媒性能の最適化
- 光がかかわる触媒化学シンポジウム(Web), 2025年SrTiO3光触媒への2価の金属カチオンのドープによる水分解活性の向上と理論的解析
- 応用物理学会学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2025年機械学習分子動力学シミュレーションによるSrTiO3の酸素欠陥の形成エネルギーの予測
- 近畿化学協会コンピュータ化学部会（第120回例会）公開講演会, 2024年10月人工光合成による水素生成：ペロブスカイト半導体光触媒の第一原理解析[招待有り]公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
- 第18回分子科学討論会（京都）, 2024年09月ペロブスカイト酸窒化物ATaO2N (A = Ba, Sr, Ca) の 光触媒性活性の第一原理解析ポスター発表
- 第18回分子科学討論会（京都）, 2024年09月機械学習によるペロブスカイト型化合物の結晶相予測ポスター発表
- 第3回「富岳」成果創出加速プログラム研究交流会, 2024年03月人工光合成による水素生成を目指した高効率なペロブスカイト型半導体光触媒の物質設計ポスター発表
- 2024 APS March Meeting, 2024年03月, 英語Ferromagnetic fluctuations in thermoelectric Heusler alloy Fe2VAl: A weak-coupling approach口頭発表（一般）
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2024年ホイスラー熱電材料物質Fe2VAlにおける強磁性揺らぎ:弱結合理論からのアプローチ
- 第２回「富岳」成果創出加速プログラム 研究交流会, 2023年03月層状ペロブスカイト光触媒Y₂Ti₂O₅S₂における 面欠陥の第一原理解析ポスター発表
- 計算物質科学人材育成コンソーシアム（PCoMS）シンポジウム ＆計算物質科学スーパーコンピュータ共用事業報告会 2022, 2023年02月層状ペロブスカイト光触媒Y2Ti2O5S2における欠陥の第一原理解析口頭発表（一般）
- 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web), 2023年ドープされた層状ペロブスカイト半導体触媒Y2Ti2O5S2の第一原理解析
- 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web), 2023年ドープされたペロブスカイト半導体光触媒の第一原理解析:光触媒性能向上を目指して
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2023年ホイスラー化合物Fe2VAlにおけるスピン揺らぎの理論的研究
- 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web), 2022年層状ペロブスカイト光触媒Y2Ti2O5S2における面欠陥の理論的研究
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2022年ホイスラー化合物Fe2VAlにおけるスピン揺らぎの理論的研究
- 第 1 回仏日熱電ワークショップ, 2021年09月, 英語Possibility of n-type doping in CaAl2Si2-type Zintl phase compound CaZn2X2 (X = As, P)ポスター発表
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2021年第一原理計算による熱電物質122系Zintl相化合物へのn型ドープと形成エネルギーの理論的研究
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2020年過剰ドープされた銅酸化物における電子相関起源強磁性揺らぎの理論
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2020年第一原理計算による熱電物質122系Zintl相化合物への不純物ドープと形成エネルギーの理論的研究
- 1 & 2DM Conference, 英語Magnetic Field Dependence of Opening and Closing Dirac Cone in Ni/Graphene/Ni nano-spin-valve-like structure口頭発表（一般）
- 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2019年Nd2CuO4における3d/4f局在電子軌道の第一原理有効ハミルトニアンの理論的評価
- 応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 2019年Nd2CuO4における3d/4f局在電子軌道の超交換相互作用の理論的評価
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2018年電子相関の層分化から生じる多層系銅酸化物の高温超伝導
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2018年銅酸化物におけるバッファ層構造の違いに起因する遮蔽効果の物質依存性
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2018年コヒーレントフォノン導入によるディラック点の移動とアームチェア・エッジ状態の理論
- APS March Meeting 2017, 2017年03月, 英語An effective 2-band ���� model of sulfur hydride H3S for high-��c superconductivity[招待有り]口頭発表（一般）
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2017年強相関電子系の量子時間発展演算子表現におけるアルゴリズム開発
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2017年Photon Pass processで記述した第一原理的電子正孔系量子ダイナミクス解析法
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2017年多層系銅酸化物超伝導体における反強磁性不安定性とフィリングの層依存性の多軌道二体自己無撞着法による解析
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2017年銅酸化物超伝導体における二電子交換相互作用増加効果の物質依存性と超伝導性解析
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2017年ルテニウム酸化物Sr2RuO4における超伝導の一軸性圧力効果の弱結合理論による研究
- The International Conference on STRONGLY CORRELATED ELECTRON SYSTEMS, 2016年05月, 英語Knight shift of Sr2IrO4 in Pseudospin Singlet Superconductivity Induced by Large Spin-Orbit Couplingポスター発表
- 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 2016年イリジウム酸化物の超伝導状態におけるナイトシフトの乱雑位相近似による理論的解析
- APS March Meeting 2014, 2014年03月, 英語Possible Superconductivity Induced by Strong Spin-Orbit Coupling in Carrier Doped Iridium Oxides Insulators口頭発表（一般）
- The International Conference on STRONGLY CORRELATED ELECTRON SYSTEMS, 2013年08月, 英語Theoretical study for the superconductivity in Sr2IrO4ポスター発表
- APS March Meeting 2012, 2012年02月, 英語Effect of inter-layer single-electron hopping and pair-hopping on superconductivity in multi-layered cupratesポスター発表
- Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference (M2S), 2012年, 英語Effect of inter-layer pair hopping and single electron-hopping on superconductivity in multi-layered high-Tc cupratesポスター発表
- GCOE International Symposium on Physical Sciences Frontier, 2012年, 英語Effect of inter-layer Pair hopping and One-electron hopping on Superconductivity in Multi-layered high-Tc Cupratesポスター発表
- XVI Training Course in the Physics of Strong Correlated Systems, 2011年, 英語Theoretical Study of Superconductivity in Multi-layered Cuprates口頭発表（一般）
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 神戸大学, 2021年04月 - 2024年03月強磁性スピン揺らぎによる高性能熱電材料物質の理論研究と物質設計強磁性揺らぎによる熱電性能の増強のメカニズムを理解するために、代表物質であるホイスラー化合物Fe$_2$VAlに対して密度汎関数理論に基づく第一原理計算を行い、基本的な電子状態構造（状態密度やバンド構造）を得た。特に、フェルミレベル付近を構成する軌道成分としては、Feのd軌道やVのd軌道だけでなく、Alのs/p軌道も強く混成していることが見出された。更に、ドーパントの効果を調べるために、ドープされたFe$_2$VAl（Fe$_2$V$_{0.9}$Cr$_{0.1}$Al$_{0.9}$Si$_{0.1}$やFe$_{2.2}$V$_{0.8}$Al$_{1-y}$Si$_y$）の電子状態についてスーパーセルを用いて数値解析を行った。スーパーセル計算では、CrのV置換ドープやVのFe置換ドープの場合には、キャリアドープとともにスピン分極し磁気モーメントが誘起され、SiのAl置換ドープの場合には、単純にキャリアがドープされることを見出した。また、強相関ソルバーによる強磁性揺らぎを考慮するために、最局在ワニエ関数を用いてFe$_2$VAlの第一原理有効模型を構築した。そこでは、フェルミレベル付近の軌道成分を取り込んだ低エネルギー模型として、Feのd軌道、Vのd軌道、そしてAlのs/p軌道を考慮した19（=5*2+5+1+3）軌道模型を見出した。これらの軌道成分は上述の通り強くエンタングルしており、これら全てを考慮することでフェルミレベル付近のバンド構造を再現することが出来た。