第一原理計算によるハーフメタリックホイスラー合金の磁気励起特性

本研究では、従来の局所密度近似(LDA）法による第一原理計算の手法を超えて、高精度な計算ができる準粒子自己無撞着GW(QSGW)法を用いた。強磁性材料の基底状態をQSGW法で計算し、それに基づきスピン波の分散関係を記述するためのコード開発をおこなった。また、最局在Wannier関数を用いて高速化した。これらは第一原理計算パッケージecaljに追加し、一部をGitHubで公開している。計算精度について、Fe, Co, Niや強磁性金属フルホイスラー合金 Cu2MnAl, Ni2MnSn, Pd2MnSnのスピン波スティフネス定数が実験値を再現した。ハーフメタリックホイスラー合金Co2MnSi, Co2FeSiについて、QSGW法の結果がLDAのハミルトニアンにほとんど依存しない結果を得た。Co2FeSiの磁気モーメントは従来のLDAでは過小評価するのに対しQSGW法では実験値を再現した。混晶系Co2Mn1-xFexSiについても電子状態とスピン波を計算した。濃度依存性について、実験のダンピング定数から予想される状態密度とLDA,QSGW法の状態密度では傾向が異なった。この原因には計算の状態密度にスピン波を考慮していないことが挙げられ、計算でFe濃度が高くなるとスピン波が生成しやすくなる結果から定性的に説明できると考えられる。しかし、Co2FeSiのスピン波スティフネス定数が、温度依存性の実験値から得られる値よりも過小評価している問題があり、その原因については分かっていない。また、キュリー温度について動的磁気帯磁率が周波数ωに依存するため、従来の交換相互作用Jへの焼き直しなど必要だが、そのような理論フレームワークの構築には至っていない。本研究は、局在磁性を含む未知ホイスラー合金について、QSGW法と開発したスピン波の計算コードの有効性を明らかにした点で意義がある。

本研究では、従来の局所密度近似(LDA）法による第一原理計算の手法を超えて、高精度な計算ができる準粒子自己無撞着GW(QSGW)法を用いた。強磁性材料の基底状態をQSGW法で計算し、それに基づきスピン波の分散関係を記述するためのコード開発をおこなった。また、最局在Wannier関数を用いて高速化した。これらは第一原理計算パッケージecaljに追加し、一部をGitHubで公開している。計算精度について、Fe, Co, Niや強磁性金属フルホイスラー合金 Cu2MnAl, Ni2MnSn, Pd2MnSnのスピン波スティフネス定数が実験値を再現した。ハーフメタリックホイスラー合金Co2MnSi, Co2FeSiについて、QSGW法の結果がLDAのハミルトニアンにほとんど依存しない結果を得た。Co2FeSiの磁気モーメントは従来のLDAでは過小評価するのに対しQSGW法では実験値を再現した。混晶系Co2Mn1-xFexSiについても電子状態とスピン波を計算した。濃度依存性について、実験のダンピング定数から予想される状態密度とLDA,QSGW法の状態密度では傾向が異なった。この原因には計算の状態密度にスピン波を考慮していないことが挙げられ、計算でFe濃度が高くなるとスピン波が生成しやすくなる結果から定性的に説明できると考えられる。しかし、Co2FeSiのスピン波スティフネス定数が、温度依存性の実験値から得られる値よりも過小評価している問題があり、その原因については分かっていない。また、キュリー温度について動的磁気帯磁率が周波数ωに依存するため、従来の交換相互作用Jへの焼き直しなど必要だが、そのような理論フレームワークの構築には至っていない。本研究は、局在磁性を含む未知ホイスラー合金について、QSGW法と開発したスピン波の計算コードの有効性を明らかにした点で意義がある。