Development of spin density functional method under magnetic/electric field and application to the materials for magnetic device

磁/电场下自旋密度泛函方法的发展及其在磁性器件材料中的应用

• 批准号: 21K04864
• 负责人: 小田 竜樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04864/
• 关键词: スピン軌道相互作用; スピントロニクス; 強磁性形状記憶合金; ノンコリニアスピン密度汎関数理論; 準粒子自己無撞着GW法; マルチフェロイクス; 磁気異方性エネルギー; スピン密度汎関数法

本研究では、電界印加だけでなく磁界印加できる手法を導入して、局所的な電気分極・磁気分極・原子変位分極の間に内在する交差相関を解析できる手法を開発することが第一である。昨年度においては、(1)スピントロニクス素子の界面等でのラシュバ定数の系統的見積もり法の手法を開発、(2)準粒子自己無撞着GW(QSGW)法での分極計算部分の並列高速化実施と実証、(3)スピン密度汎関数法(SDFT)の枠組み中で軌道-軌道相互作用(OOI)を考慮して、軌道運動に由来する運動量密度(軌道運動量密度)を電子・スピン密度ともに自己無撞着に決定する手法開発などを実施していた。本年度は、(1)に関連して(4)磁気異方性エネルギーの見積もり法の改良、(2)の応用として(5)ワイドギャップ半導体での薄膜配置への応用、(6)金属磁性体への応用、(7)磁気形状記憶合金への応用等を実施した。研究実績(1)で開発した手法は、電気分極層と磁気分極層の界面においてラシュバ定数の見積もりが可能となる一般的なものとの認識に至っており、研究実績(4)とともに継続研究を行った。研究実績(5)においては、計算コードの高度な並列高速化の成果として、真空層に挟まれた薄膜形状でQSGW法の応用に着手できたことは大きな進展であるとの認識であり、QSGW法の有用性を示す研究成果へ繋げることが期待される。特に誘電率の第一原理による高精度評価に特徴がある。研究実績(5)および(6)は、QSGW法の2元磁性合金、3元磁性合金への応用であり自己エネルギーを乱雑位相近似水準で取り入れているQSGW法の有用性を検証することができるとして研究成果が期待されるが、引き続き研究を継続中である。昨年度の研究実績(3)において軌道運動量密度を実験データと比較しながら検証することの有用性を見出せないとの結論に達した。

In this study, the method of introducing the magnetic field into the electric field, magnetic field and atomic field is developed. (1) The development of the integration method for the system of quantum physics,(2) the parallel speed-up of the polarization calculation part of the quasiparticle collision-free GW(QSGW) method,(3) the consideration of the orbital-orbital interaction (OOI) in the system of SDFT, Orbital motion is determined by the density of electrons and their collision-free motion. This year,(1) related to (4) the improvement of the magnetic anisotropy production method,(2) the application of magnetic materials,(5) the application of thin film arrangement in semiconductor,(6) the application of metal magnetic materials,(7) the application of magnetic shape memory alloys, etc. were implemented. Research achievements (1) Open method, electric polarization layer and magnetic polarization layer interface, and determine the number of possible products.(4) Research achievements The results of the study (5) include the results of calculating the height and speed of the tube, the shape of the vacuum layer, the application of the QSGW method, the understanding of the progress, and the usefulness of the QSGW method. The first principle of special induction rate is used to evaluate the characteristics with high precision. Results (5) and (6): The usefulness of the QSGW method for the application of binary magnetic alloys and ternary magnetic alloys is demonstrated by the approximation level of their own random phases. Last year's research results (3) compared with the orbital motion density, the usefulness of the study was found and the conclusions reached

项目成果

Electronic Structures of ferromagnetic Heusler Alloys Ni2MnX (X＝Al, Ga, In) and Magnetic shape memory effect

铁磁Heusler合金Ni2MnX（X＝Al、Ga、In）的电子结构及磁形状记忆效应

• 发表时间: 2023
• 作者: Jakub Lustinec;Masao Obata;Ko Hyodo;Takao Kotani;Ladislav Kalvoda;Tatsuki Oda
• 通讯作者: Tatsuki Oda

クルナ大学(バングラデシュ)

库尔纳大学（孟加拉国）

Intrinsic instability to martensite phases in ferromagnetic shape memory alloy Ni2MnGa: Quasiparticle self-consistent GW investigation

铁磁形状记忆合金 Ni2MnGa 中马氏体相的本质不稳定性：准粒子自洽引力场研究

• DOI: 10.1103/physrevmaterials.7.024413
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review Materials
• 影响因子: 3.4
• 作者: Obata Masao;Kotani Takao;Oda Tatsuki
• 通讯作者: Oda Tatsuki

Effect of electron localization in theoretical design of Ni-Mn-Ga based magnetic shape memory alloys

• DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109917
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Materials & Design
• 影响因子: 8.4
• 作者: M. Zelený;P. Sedlák;O. Heczko;H. Seiner;P. Veřtát;Masao Obata;T. Kotani;T. Oda;L. Straka

フェリ磁性スピネルNiCo2O4の自己無撞着準粒子GW計算

亚铁磁性尖晶石NiCo2O4自洽准粒子引力场计算

• 发表时间: 2021
• 作者: 小幡正雄;小谷岳生;小田竜樹
• 通讯作者: 小田竜樹