第一原理DΓAの開発による非従来型超伝導体の定量計算の実現

通过第一性原理DA的发展实现非常规超导体的定量计算

• 批准号: 21K13887
• 负责人: 北谷 基治
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: University of Hyogo (2022)Institute of Physical and Chemical Research (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K13887/
• 关键词: 高温超伝導; 強相関; 動的平均場理論; 強相関電子系; 第一原理計算

本研究の主眼は、第一原理計算を出発点に強相関効果を取り込むことのできる動的バーテックス近似を組み合わせることで、非従来型超伝導体の転移温度計算を定量的に行い、超伝導物質の物性解明・機能向上を目指すものである。これまで用いてきた計算方法でニッケル酸化物の転移温度が良く記述できていることを踏まえ、本年度は現実物質への応用の幅を広げることに軸足を置き、更に様々な物質に対しての転移温度の計算などから物質の機能向上の可能性を探った。まずは動的バーテックス近似による計算で、反強磁性状態からドープをすることで超伝導ドームが出現するという全体相図が適切に記述できることを確認し、その上で幅広いパラメータによる包括的な計算を行うことで、反強磁性・超伝導の振る舞いをモデル計算の範囲でまとめた。さらに第一原理計算と組み合わせることで、昨年度から続けているパラジウム酸化物での超伝導の可能性について、より詳細なパラメータ依存性や格子の安定性を調べ、銅酸化物超伝導に匹敵する転移温度を持つ相図の予言を行った。それ以外にも、新しく発見された多層系ニッケル酸化物の転移温度を定量的に計算できることを示し、ブロック層を挿入した系に対する相図計算なども行った。その他には、三角格子上でのネマティック不安定性と非フェルミ液体的振る舞い、超伝導転移温度との相関を調べ、今後さらに幅広い物質に適用できるような基盤を固めた。さらに本手法による超伝導の計算について、これまでの研究をまとめつつ、さらに詳細な考察を加えた総説論文を出版した。

这项研究的主要重点是结合动态顶点近似值，可以使用第一原理计算作为起点，并定量计算非规定超导体的过渡温度，旨在澄清和改善超导材料的物理特性。鉴于镍氧化物的过渡温度使用到现在为止使用的计算方法很好地描述了，今年我们专注于将应用范围扩展到实际材料，并进一步探讨了通过计算各种物质的过渡温度来改善材料功能的可能性。首先，我们确认，可以使用动态顶点近似值来正确描述超导圆顶的出现的总相图，然后使用动态顶点近似进行计算，然后使用大量参数进行全面计算，以汇总在模型计算范围内的反铁磁和超导电的行为。此外，通过将其与第一原理的计算结合在一起，我们研究了自去年以来一直在持续的钯氧化物中超导性的可能性，更详细地详细介绍了参数依赖性和晶格稳定性，并预测了具有与铜氧化物超级传导性的过渡温度相比的过渡温度的相图。此外，可以定量计算新发现的多层氧化镍的过渡温度，并针对插入块层的系统进行了相图计算。此外，我们研究了三角形晶格，非Fermi液体行为和超导过渡温度的列不稳定性之间的相关性，并巩固了将来可以应用于更广泛材料的基础。此外，已经发表了一份审查论文，总结了使用此方法对超导性计算的先前研究，并增加了进一步的详细考虑。

项目成果

ニッケル酸化物の超伝導相図とそれに基づく物質設計

氧化镍超导相图及基于其的材料设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Motoharu Kitatani;Liang Si;Oleg Janson;Zhicheng Zhong;Paul Worm;Jan M. Tomczak;Ryotaro Arita;Karsten Held;北谷基治;北谷基治
• 通讯作者: 北谷基治

CNRS(フランス)

法国国家科学研究中心（CNRS）

NIMTE(中国)

尼姆特（中国）

Strongly correlated superconductivity with long-range spatial fluctuations

超导性与长程空间涨落强相关

• DOI: 10.1088/2515-7639/ac7e6d
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physics: Materials
• 作者: Kitatani Motoharu;Arita Ryotaro;Schaefer Thomas;Held Karsten
• 通讯作者: Held Karsten

Correlations tune the electronic structure of pentalayer nickelates into the superconducting regime

相关性将五层镍酸盐的电子结构调整为超导状态

• DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.l091801
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Materials
• 影响因子: 3.4
• 作者: Worm Paul;Si Liang;Kitatani Motoharu;Arita Ryotaro;Tomczak Jan M.;Held Karsten
• 通讯作者: Held Karsten