First-principles calculations of finite temperature transport properties

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スピントロニクス材料に対して計算機マテリアルデザインを行う際には、デバイス動作温度における電気抵抗率や磁気抵抗 (MR) 比、トンネル磁気抵抗 (TMR) 比といった電気伝導特性の定量的な評価が必要である。しかし、第一原理計算は励起に関する現象である温度効果や伝導特性の取り扱いは不得手である。有限温度における電気伝導特性が第一原理的に正確に評価できるようになれば、材料開発速度が飛躍的に向上すると期待される。そこで本研究では従来の計算機マテリアルズデザインの限界を超えるため、第一原理計算コードである「AkaiKKR (http://kkr.issp.u-tokyo.ac.jp)」の開発を行った。まず、ベースとなる第一原理計算手法であるKorringa－Kohn－Rostoker (KKR) グリーン関数法にコヒーレントポテンシャル近似 (CPA) を組み合わせて、電子－フォノン散乱や電子－マグノン散乱による温度効果を取り入れた。さらに、線形応答理論を用いて励起状態である伝導現象を記述し、定量的な評価を行った。この計算手法は既にいくつかの金属系で成功を収めているが、今回計算対象の幅を広げるために磁性半導体系にも適用し、実験値との比較を行うことで計算手法とプログラムの正当性を調べた。さらに、ミクロスコピックな観点から輸送現象のメカニズムの解明・議論も行った。また、現実のデバイス構造に近い異種界面を含むヘテロ接合や多層膜構造においても安定した計算が行えるようにプログラムの開発・改良を行った。