電子-格子相互作用の第一原理計算

电子-晶格相互作用的第一性原理计算

• 批准号: 09740232
• 负责人: 郡司 茂樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740232/
• 关键词: 電子格子相互作用; 第一原理計算; 密度汎関数法; 線型応答理論; フォノン; 線形応答理論; 超伝導; Si表面; 表面フォノン

フォノンはすべての物質に存在する普遍的なものであるから、電子-格子相互作用に関する知見は多くの物質で重要な情報を提供する。ところが、これまで第一原理的な電子-格子相互作用の計算手法と云えばFrozen Phonon法のみであった。最近、Baroniらによって密度汎関数法と線形応答理論を組み合わせてフォノン分散関係を求める第一原理計算法が提案され、注目を集めている。この方法をさらに拡張することにより、電子-格子相互作用を第一原理計算から求めることが可能となる。本研究では、まずBaroniらの方法を拡張し、電子-格子相互作用を第一原理計算から求める方法論の定式化を行った。さらに定式化された方法論に基づいて電子-格子相互作用を計算するためのプログラムを開発した。そして、電子-格子相互作用の性質がよく分かっているバルクのSiにこれを適用した結果、実験と良い一致を示すことが判明し、その妥当性をチェックすることができた。また、今回の新しい方法によれば任意の波数のフォノンを取扱うことが可能であり、逆格子ベクトルと整合な波数ベクトルを持ったフォノンしか扱うことができなかった従来のFrozen Phonon法と比べて大きな利点を持っている。従って今後、銅酸化物高温超伝導体、及びSi表面にこの方法を適用し、電子-格子相互作用が固体電子物性に与える様々な影響を明らかにしてゆくことを計画している。銅酸化物高温超伝導体において、現在までに行われている計算はすべてFrozen Phonon法によるものであって、波数依存性まで含めた電子-格子相互作用の総合的理解には至っていない。また、Si表面への応用はこれまで全く報告がないが、にもかかわらず、最近の技術発展によって表面における原子レベルの操作が可能となり、これに伴い表面フォノンがSi表面の電子状態に及ぼす影響の解明が緊急の課題となっている。これら一連の研究は、産業界の要請に答える意味でも重要である。

由于声子在所有问题上都是通用的，因此对电子静态相互作用的发现提供了许多事项中的重要信息。但是，到目前为止，冷冻的声子方法一直是电子静态相互作用的第一个原理计算方法。最近，Baroni等。提出了一种结合密度功能方法和线性响应理论以获得声子方差关系的第一原理计算方法，吸引了注意力。通过进一步扩展此方法，可以从第一原理计算中确定电子晶格相互作用。在这项研究中，我们首先扩展了Baroni等人的方法。制定一种方法，以从第一原理计算中找到电子晶格相互作用。此外，开发了一个程序，用于根据公式的方法来计算电子晶格相互作用。然后，将其应用于具有众所周知的电子 - 晶体相互作用的散装Si时，发现它与实验显示了很好的一致性，并且可以检查其有效性。此外，新方法允许处理任意波数的声子，该声子比传统的冷冻声子方法具有重大优势，该方法只能用与互助晶格向量一致的波数向量处理声子。因此，将来，该方法将应用于高温氧化铜超导体和Si表面，并计划阐明电子静态相互作用对固体电子性质的各种影响。所有在高温氧化铜超导体中构成的计算均基于冷冻的声子方法，并且尚未对电子静态相互作用（包括波数依赖性）提供全面的理解。此外，尽管迄今为止尚无有关在SI表面应用的报道，但最近的技术发展使在原子水平上操纵表面成为可能，因此，阐明表面声子对SI表面的电子状态的影响已成为一个紧迫的问题。在满足行业需求方面，这些系列研究也很重要。

项目成果

新井et al: "メゾスコピック物質の物理と化学" 講談社サイエンティフィック, 14(367-380) (1998)

Arai 等人：“介观材料的物理和化学”讲谈社科学，14(367-380) (1998)