超伝導密度汎関数理論とマテリアルズインフォマティクスによる超伝導物質探索

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H3Sなどの水素化物超伝導体は、質量が最小である水素原子に由来する高い格子振動エネルギーと内核電子が存在ことに由来する大きな電子フォノン相互作用から、フォノン型超伝導体でありながら高いTcを実現している。しかし安定的に存在するためには数百GPaという超高が必要となるため、より低い圧力での水素化物の安定構造の探索が行われている。我々は小正路らによる球充填を指導原理とする構造探索と第一原理構造最適化により、10GPaという比較的低圧で相安定・動的安定となる水素化物の新規構造を予測し、その中の二つH12ScY2SrとH12ScY2Caに対して超伝導密度汎関数理論に基づく第一原理Tc計算を行った。200GPaでのH3SのTcが約190K(計算値)であるのに対してこれらの物質のTcの計算結果は約10Kとなり、超伝導性は発現するもののTcは抑えられていることが分かった。さらなる電子状態の解析により、これらの4元系水素化物では電子軌道が原子位置に局在しており(イオン結合的)、原子間領域に広がった電子状態を持つH3Sとくらべて電子フォノン相互作用が小さくなることが分かった。これらの結果から、電子フォノン相互作用を増強する可能性のある電子状態の実空間分布に関する知見を得た。21年度に高速化を行った超伝導密度汎関数計算プログラムに関して、さらなる高速化および新規スパコンへの対応のため演算加速装置(GPGPU)を使うように改良を行っている。22年度では演算の重い部分を見つけ出すこと、GPGPU搭載マシンでの実行が可能になる所までを行った。本格的な高速化は23年度に行う。機械学習による、第一原理計算結果のモデル化については、より多種の元素・構造に対応するためにグラフニューラルネットワークを用いた回帰・分類を行う方法を取り入れ、まずは本番のTcのモデル化の前に状態密度の機械学習を行った。