First-principles calculation of finite-temperature transport properties including effects of phonons and magnons

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完全結晶における有限温度の電子輸送現象に関しては，電子フォノン散乱及び電子マグノン散乱が本質的である．不規則性や界面・表面を必然的に含む現実物質においても，これらの散乱が輸送現象の温度依存性の主要な要因となっている．本研究の目的は，フォノン及びマグノンによる電子散乱効果を取り入れた第一原理電子状態計算に基づき，電子輸送現象を定量的に評価することである．これらの散乱効果は有限温度における効果であり，温度を指定したときのフォノン・マグノン励起を評価する必要がある．しかもフォノンやマグノンは電子系と相互作用するため，電子状態の計算とあわせてセルフコンシステントに決める必要がある．本年度はフォノン・マグノン励起を，与えられた温度のもとで評価するための理論の構築とそれに基づく計算アルゴリズムと計算機コードの開発を行った．フォノン励起に関してはフォノンの第一原理計算を組み込むことが最も望ましい方法であるが，計算コストが極めて高くなるために，デバイモデルで代用した．デバイモデルを適用するに当たってはデバイ温度の実験的および理論的データをデータベースの形でコード内部に取り込み，それをもとにしてフォノン励起の計算を行った，マグノン励起に関してはマグノン励起数とフォノン・マグノン励起のもとでの低エネルギー有効ハミルトニアンの構築をセルフコンシステントに行う多重ループを持つ計算機コードを開発した．これらの開発の結果，任意の有限温度におけるフォノン・マグノン励起を考慮した第一原理電子状態計算の実行が可能となり，これを用いて多層幕の有限温度における電気伝導度の試験的な計算を実施して妥当な結果が得られることを確認した．