相対論的グリーン関数法を用いた異常ホール効果における元素ドープ効果の解明

使用相对论格林函数方法阐明反常霍尔效应中的元素掺杂效应

基本信息

批准号：
21J10577
负责人：
伊東直洋
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

無磁場下で生じるホール効果は異常ホール効果と呼ばれ、次世代デバイスの操作原理として期待されている。そのデバイスへの実用的な応用展開には、エネルギー効率の劇的な向上が必須である。しかしながら、候補物質を網羅的に実験検証することは極めて困難であるため、本研究では、計算科学に基づくアプローチからエネルギー散逸の低い理想的な異常ホール材料を理論的に提案することを目指した。異常ホール効果は、主にエネルギーバンドの幾何学的な構造に由来する内因的機構と不純物散乱に由来する外因的機構の二つの機構に由来する。特に外因的機構を含めて異常ホール伝導率を計算するためには、最初に合金のグリーン関数を構築し、得られたグリーン関数に線形応答理論を適用して伝導率を計算する必要がある。しかしながら、従来の合金のグリーン関数の計算では、元素置換されたサイトを自己無撞着に定められた平均的なポテンシャルで置き換える合金の計算と、高度な第一原理的電子状態計算手法が組み合わされて計算されることが一般的であったため、計算コストが非常に高く、より現実的な複雑な結晶系への適用は不可能であった。本研究では、初年度の段階として、従来の手法より計算速度を一桁程度改善する合金のグリーン関数の計算手法を開発に成功し、論文投稿に至っている。今後、この計算手法で得られた合金のグリーン関数に電流演算子を作用させることで、より複雑な結晶系でも計算可能な異常ホール伝導率計算コードを完成させる予定である。

在磁场下发生的大厅效应称为异常大厅效应，预计将是下一代设备的工作原理。为了将实际应用程序部署到此类设备，能源效率的显着提高至关重要。但是，由于对候选材料的全面实验验证非常困难，因此本研究的目的是从理论上提出一种理想的异常孔材料，其基于计算科学的方法低能耗散。异常的大厅效应来自两种机制，一种内源性机制，主要源自能带的几何结构和一种来自杂质散射的外源机制。特别是，为了计算包括外源机制在内的异常孔电导率，有必要先构建合金的绿色功能，然后将线性响应理论应用于获得的绿色功能以计算电导率。但是，在计算格林的常规合金功能时，通常将替代元素替换位点的合金与自我确定的平均电位与先进的第一原理电子状态计算方法相结合，这导致了很高的计算成本，并且不可能将它们应用于更现实的复杂晶体系统。在这项研究中，作为第一年阶段，我们成功地为合金的绿色功能开发了一种计算方法，该方法与常规方法相比，将计算速度提高了大约数量级，并提交了论文。将来，我们计划完成一个异常的孔电导率计算代码，即使在更复杂的晶体系统中也可以通过将电流运算符应用于使用此计算方法获得的合金的绿色函数来计算。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Wannier-based implementation of the coherent potential approximation with applications to Fe-based transition metal alloys

基于 Wannier 的相干势近似的实现及其在铁基过渡金属合金中的应用

DOI：
10.1103/physrevb.105.125136
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Ito Naohiro;Nomoto Takuya;Kobayashi Koji;Mankovsky Sergiy;Nomura Kentaro;Arita Ryotaro;Ebert Hubert;Koretsune Takashi
通讯作者：
Koretsune Takashi

Ludwig Maximilian University of Munich(ドイツ)

慕尼黑路德维希马克西米利安大学（德国）