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First-principles design of spin conversion materials by nanostructure prediction

通过纳米结构预测第一性原理设计自旋转换材料

基本信息

批准号：
22K04862
负责人：
石井史之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は理論・計算科学的な手法によって電子のもつ磁気的自由度であるスピンの物質中における秩序状態（構造）を活かして, 熱エネルギーを電気エネルギーに変換したり，光エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換効率としての性能が高い物質，ナノマテリアルをデザインすることである。本研究では電子スピンの相対論効果やスピン秩序によって出現する物質内部の（仮想）磁場を活用した新しいエネルギー変換ナノマテリアルを, スーパーコンピュータを用いて自動計算・網羅計算手法によってデザインすることをめざしている。今年度の研究実績は主に次の2点である。(1) スピン軌道相互作用が強いビスマスを含む系で極性半導体として知られるBiTeIについて、第一原理計算手法と進化論的手法を用いた結晶構造探索手法によって大気圧下の準安定結晶構造を複数発見し、バンドギャップが0.86eVと大きなトポロジカル絶縁体相を発見した。(2)異常ホール効果および異常ネルンスト効果を効率的に計算する手法開発をおこない、成果をH. Sawahata, N. Yamaguchi, S. Minami, and F. Ishii, First-principles calculation of anomalous Hall and Nernst conductivity by local Berry phase, Phys. Rev. B, 107, 024404(2023)として出版した。この手法および、計算自動化スクリプトの作成によって、二次元強磁性体のハイスループット計算を実施した。約1000種の二次元物質について計算を実施し、Chern絶縁体および、大きな異常ネルンスト係数を示す物質を発見した。

The purpose of this study is to provide a theoretical and computational scientific approach to the evolution of the electronic and magnetic degrees of freedom in matter, the evolution of thermal energy, the evolution of electrical energy, the evolution of optical energy, the evolution of electrical energy, and the evolution of electrical energy. This study focuses on the relative effects of electron transfer on the occurrence of magnetic field in the interior of a substance, and on the automatic calculation of electron transfer. This year's research results are mainly 2 points. (1)The first principles calculation method and the evolutionary theory method are used to explore the crystal structure. The quasi-stable crystal structure under high pressure is discovered in the complex phase. The maximum temperature is 0.86 eV. (2)Anomaly results and abnormal occurrence results are calculated in the method of development. Sawahata, N. Yamaguchi, S. Minami, and F. Ishii, First-principles calculation of anomalous Hall and Nernst conductivity by local Berry phase, Phys. Rev. B, 107, 024404(2023). This method, calculation automation, and calculation of two-dimensional ferromagnetic materials are implemented. About 1000 kinds of two-dimensional substances are calculated, Chern's insulation coefficient and large abnormal coefficient are found