プレプリント
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論文
Makoto Shimizu, Chang-guen Oh, and Youichi Yanase, Magnetic fluctuations driven by quantum geometry, Phys. Rev. B 114, 235106 (2026).
第一原理計算に基づき、多軌道系における磁気ゆらぎの起源を量子幾何の観点から解析した研究。先行研究で提案された磁化率のバンド分散由来と量子幾何由来への分解を、LaFeAsOおよびPb9Cu(PO4)6Oに適用した。前者ではストライプ型反強磁性ゆらぎが主として量子幾何に起因すること、後者では量子幾何が反強磁性ゆらぎを抑制し、強磁性ゆらぎを安定化することを明らかにした。従来「多軌道効果」として議論されてきた磁気ゆらぎの形成機構において、量子幾何が本質的な役割を果たすことを現実物質に即して示した。
Makoto Shimizu and Youichi 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。
Harim Jang, Daniel Crawford, Khai That Ton, Lucas Schneider, Jens Wiebe, Makoto Shimizu, Harald O. Jeschke, Stephan Rachel, and Roland Wiesendanger, Robustness of Majorana modes to a disorder potential in atomic chains on a superconducting Rashba alloy, Nature Physics 22, 1050–1056 (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。
Varun Venkatasubramanian, Makoto Shimizu, Daniel Guterding, and Harald O. Jeschke, Origin of pressure-induced anomalies in the nodal-line ferrimagnet Mn3Si2Te6, Commun. Mater. 7, 94 (2026).
岡山大学Jeschke研の大学院生Varunが中心となった研究。フェリ磁性体Mn3Si2Te6における圧力誘起の絶縁体–金属転移と磁気異常の微視的起源を、第一原理計算および古典モンテカルロ法を用いて解析した。清水はモンテカルロ計算と考察を担当した。
Makoto Shimizu and Youichi 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。
Ying Kit Tsui, Chia-Nung Kuo, Makoto Shimizu, Yajian Hu, Youichi Yanase, Chin Shan Lue, Wei Zhang, and Swee 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。
Xiaoyu Guo, Wenhao Liu, Jonathan Schwartz, Suk Hyun Sung, Dechen Zhang, Makoto Shimizu, Aswin L. N. Kondusamy, Lu Li, Kai Sun, Hui Deng, Harald O. Jeschke, Igor I. Mazin, Robert Hovden, Bing Lv, and Liuyan 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。
Harald O. Jeschke, Makoto Shimizu, and Igor 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).
強相関なCu2+とAg2+が共存する反強磁性絶縁体CuAg(SO4)2の電子構造と磁性を、第一原理計算および古典モンテカルロ法により解析した研究。SO4基を介した長距離超交換相互作用によって、銅酸化物高温超伝導体とは異なる三次元的な磁気相関が形成されることを明らかにした。さらに、反強磁性状態における運動量依存のスピン分裂を示し、本物質が交替磁性体であることを明らかにした。清水はモンテカルロ計算と議論を担当した。
Makoto Shimizu, Junya Otsuki, and Harald 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。
Han-Xiang Xu, Makoto Shimizu, Daniel Guterding, Junya Otsuki, and Harald 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Jeschke研究室で同期だった徐 翰翔との共同研究。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。
Daniel Crawford, Eric Mascot, Makoto Shimizu, Roland Wiesendanger, Dirk K. Morr, Harald O. Jeschke, and Stephan 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。
Daniel Crawford, Eric Mascot, Makoto Shimizu, Philip Beck, Jens Wiebe, Roland Wiesendanger, Harald O. Jeschke, Dirk K. Morr, and Stephan 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。
Makoto Shimizu, Nayuta Takemori, Daniel Guterding, and Harald 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).
鉄系超伝導体FeSeのインターカレーション化合物Liₓ(C₃N₂H₁₀)₀.₃₇FeSeにおいて、電子ドープ量に対する超伝導転移温度のドーム状変化の微視的起源を、DFTおよびスピンゆらぎ理論により解析した研究。低ドープ領域における超伝導転移温度の上昇はフェルミ面の変化によって説明できる一方、高ドープ領域での超伝導の抑制には、磁気相互作用の変化が重要であることを明らかにした。特に、電子ドープに伴って支配的な磁気相関がストライプ型からバイコリニア型へ変化することが、超伝導ドームの形成に重要な役割を果たすことを示した。
Igor I. Mazin, Makoto Shimizu, Nayuta Takemori, and Harald O. Jeschke, Novel Fe-Based Superconductor LaFe2As2 in Comparison with Traditional Pnictides, Phys. Rev. Lett. 123, 267001 (2019).
鉄系超伝導体LaFe2As2の電子構造と磁性を、第一原理計算により解析した研究。Laの異常な価数により実効的な電子ドープ量が従来の想定より小さいことを示した。さらに、ホール・電子フェルミ面とストライプ型磁気相関の存在を明らかにし、従来の鉄系超伝導体との共通性を示した。
Makoto Shimizu, Nayuta Takemori, Daniel Guterding, and Harald 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。