プレプリント
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論文
M. Shimizu and Y. Yanase, Magnetic fluctuations and anisotropy in UTe2: A multi-orbital study based on GGA+U and RPA, Phys. Rev. B 113, 235137 (2026).
奇パリティ超伝導の有力候補であるUTe2の磁気ゆらぎを、第一原理的・微視的に解析した研究。 DFTに基づくGGA+U計算から多軌道周期アンダーソン模型を構築し、RPAを適用することで、スピンゆらぎおよびその磁気異方性を計算した。
H. Jang, D. Crawford, K. T. That, L. Schneider, J. Wiebe, M. Shimizu, H. O. Jeschke, S. Rachel, and R. Wiesendanger, Robustness of Majorana modes to a disorder potential in atomic chains on a superconducting Rashba alloy, Nat. Phys., published online (2026).
マヨラナモード研究第3弾。BiAg2/Ag(111)/Nb(110)上のFe原子鎖では、その強磁性と磁気異方性を第一原理的に明らかにした。不規則ポテンシャル下でもゼロエネルギー端状態が保持されることを示した実験・理論研究を実在物質の側面から支えた。
V. Venkatasubramanian, M. Shimizu, D. Guterding, and H. O. Jeschke, Origin of pressure-induced anomalies in the nodal-line ferrimagnet Mn3Si2Te6, Commun. Mater. 7, 94 (2026).
岡山大学Jeschke研の学生（修士課程）Varunの研究。
M. Shimizu and Y. Yanase, Electronic Structure of UTe2 under Pressure, J. Phys. Soc. Jpn. 94, 124708 (2025), doi.org/10.7566/JPSJ.94.124708
圧力下におけるUTe2の結晶構造および電子構造を、GGA+U計算により解析した研究。実験的に観測されている格子定数の圧力変化を入力として、内部座標の構造緩和を含む電子構造計算を行い、圧力によるフェルミ面および電子状態の変化を議論した。
Y. K. Tsui, C.-N. Kuo, M. Shimizu, Y. Hu, Y. Yanase, C. S. Lue, W. Zhang, and S. K. Goh, Magnetotransport evidence of a potential low-lying Dirac node in NbAl3, Phys. Rev. B 111, L121111 (2025), doi.org/10.1103/PhysRevB.111.L121111
香港のSweeとの共同研究。単結晶NbAl3の面外および面内磁気輸送測定により、既知のtype-II Dirac nodeでは説明できない異常な輸送現象を観測した。特に、planar Hall効果、異方的磁気抵抗、負の縦磁気抵抗は、フェルミ準位近傍に追加のDirac/Weyl nodeが存在することを示唆する。さらに第一原理計算により、これまで見落とされていたフェルミ準位下約50 meVのtype-I Dirac nodeを明らかにし、観測された異常輸送の起源である可能性を示した。清水は理論計算および議論を担当した。
X. Guo, W. Liu, J. Schwartz, S. H. Sung, D. Zhang, M. Shimizu, A. L. N. Kondusamy, L. Li, K. Sun, H. Deng, H. O. Jeschke, I. I. Mazin, R. Hovden, B. Lv, and L. Zhao, “Extraordinary” Phase Transition Revealed in a van der Waals Antiferromagnet, Nat. Commun. 15, 6472 (2024)
ファンデルワールス反強磁性体CrSBrにおいて、表面磁気秩序とバルク磁気秩序が異なる温度で発現することを、実験と理論の両面から明らかにした研究。第二高調波発生（SHG）の表面敏感性とバルク敏感性を利用して、表面反強磁性秩序がバルクのネール温度より高温で発現することを示し、表面相転移および"extraordinary"相転移を実験的に観測した。さらにDFT計算により、表面では隣接層の欠如と格子緩和によって面内交換相互作用が変化し、磁気転移温度が上昇することを明らかにした。清水、Jeschke、Mazinが理論計算・考察を行った。
H. O. Jeschke, M. Shimizu, and I. I. Mazin, CuAg(SO4)2: A doubly strongly correlated altermagnetic three-dimensional analog of the parent compounds of high-Tc cuprates, Phys. Rev. B 109, L220412 (2024).
M. Shimizu, J. Otsuki, and H. O. Jeschke, Magnetic fluctuations in Pb9Cu(PO4)6O, Phys. Rev. B 108, L201105 (2023).
銅置換鉛アパタイトPb9Cu(PO4)6Oの磁気ゆらぎを、DFTおよびゆらぎ交換（FLEX）近似により解析した研究。本物質の有効模型として多軌道多層三角格子模型を構築し、若干のキャリアドープによって強磁性ゆらぎが発現することを明らかにした。本物質はLK-99とも呼ばれ、2023年に韓国のグループによって室温超伝導の報告がなされ、arXivが色めきたった。しかし多くの追試によって超伝導の可能性は否定された。当初マイスナー効果の証拠として示されていた磁気半浮上は強磁性に由来することが提案されている。本研究は、この強磁性がスピンゆらぎの理論によって説明できることを示唆している。
H.-X. Xu, M. Shimizu, D. Guterding, J. Otsuki, and H. O. Jeschke, Pressure evolution of electronic structure and magnetism in the layered van der Waals ferromagnet CrGeTe3, Phys. Rev. B 108, 125142 (2023).
岡山大学で同期だった徐 翰翔の研究。ファンデルワールス強磁性体CrGeTe3は、圧力下で絶縁体-金属転移と磁性の著しい増強を示す。このような圧力変化の微視的機構を解明するために、DFTおよびDMFTを用いた理論計算を行った。圧力によるTe-5pバンドの広帯域化が、電荷移動ギャップを閉じて相関金属化を引き起こすとともに、面内・層間の強磁性交換相互作用を増強することを明らかにした。これにより、構造相転移を伴わないキュリー・ワイス温度の急増を微視的に説明し、圧力によって磁気相互作用が三次元化することを示した。
D. Crawford, E. Mascot, M. Shimizu, R. Wiesendanger, D. K. Morr, H. O. Jeschke, and S. Rachel, Increased localization of Majorana modes in antiferromagnetic chains on superconductors, Phys. Rev. B 107, 075410 (2023).
Nb(110)上のMn、Fe、Cr原子鎖では、磁気秩序が原子種と結晶方向に依存することをDFTで示し、反強磁性鎖ではトポロジカルギャップが増大してMajoranaモードが強く局在することを明らかにした。
D. Crawford, E. Mascot, M. Shimizu, L. Schneider, P. Beck, J. Wiebe, R. Wiesendanger, H. O. Jeschke, D. K. Morr, and S. Rachel, Majorana modes with side features in magnet-superconductor hybrid systems, npj Quantum Mater. 7, 117 (2022).
Mn/Nb(110)接合系に対してDFTに基づく80バンド模型を構築した。Majoranaモードが単純な鎖端状態ではなく、鎖側方に周期的なスペクトル強度を示す機構を解明した。
M. Shimizu, N. Takemori, D. Guterding, and H. O. Jeschke, Importance of the Fermi surface and magnetic interactions for the superconducting dome in electron-doped FeSe intercalates, Phys. Rev. B 101, 180511(R) (2020).
I. I. Mazin, M. Shimizu, N. Takemori, and H. O. Jeschke, Novel Fe-Based Superconductor LaFe2As2 in Comparison with Traditional Pnictides, Phys. Rev. Lett. 123, 267001 (2019).
M. Shimizu, N. Takemori, D. Guterding, and H. O. Jeschke, Two-Dome Superconductivity in FeS Induced by a Lifshitz Transition, Phys. Rev. Lett. 121, 137001 (2018).
圧力下における鉄系超伝導体FeSの電子構造・磁気ゆらぎ・超伝導を、DFTおよびRPAにより解析した研究。先行研究により圧力下で2つの超伝導相が観測されていたが、本研究ではその微視的起源を明らかにし、圧力によるリフシッツ転移が磁気ゆらぎおよび超伝導対称性の変化を引き起こすことを示した。リフシッツ転移による複数超伝導相の発現自体は鉄ニクタイド系で提案されていたが、鉄カルコゲン系では初めての提案である。鉄ニクタイド系とは異なり、このリフシッツ転移によりフェルミ準位に出現するのは3d_{z^2}軌道であって、高圧超伝導は軌道間ペアリング相互作用によって発現する。