Developing first-principles method for strongly interacting phonons and its application to exotic phenomena

开发强相互作用声子的第一原理方法及其在奇异现象中的应用

• 批准号: 22KJ1028
• 负责人: 増木 亮太
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1028/
• 关键词: フォノン間相互作用; 構造相転移; フォノン; 構造物性; 結晶構造

本年度は、フォノン多体効果を取り込んで有限温度における結晶構造を計算する理論開発、コード開発を行った。結晶構造は物質の性質を決める最も基本的な要素であるが、その定量的な予測は主にゼロ温度に限られており、格子振動の効果によって現れる有限温度の多彩な相を予測することは困難であった。我々は、フォノン間相互作用が非常に強い場合にも適用可能な理論である自己無撞着フォノン理論を拡張し、有限温度で結晶構造を最適化する定式化、プログラム開発を行った。我々はこれを、代表的な強誘電体であるBaTiO3に適用し、その3段階の構造相転移を再現することに成功した。この研究の成果はPhysical Review B誌から出版されている。フォノン間相互作用がより弱い物質において、結晶構造における有限温度効果は、熱膨張や対称性的に関連がない相の間の不連続な構造相転移として現れる。こうした物質の第一原理計算では、準調和近似とよばれる近似が用いられるが、計算量の観点から全ての自由度を最適化するのが難しく、求められる構造に制約がつくのが普通であった。我々は、自己無撞着フォノン理論に対して用いたアイデアを応用して準調和近似の範囲で全ての自由度を最適化することを可能にする方法論開発を行うとともに、適切な方法を用いることで、構造に制約をつけても考えている自由度の温度依存性をリーズナブルに計算できることを証明した。この成果をまとめた論文はPhysical Review B誌にアクセプトされている。

This year は, フ ォ ノ ン multi-body unseen fruit を take り 込 ん で limited temperature に お け る を crystallization structure calculation す る theory 発, コ ー ド open 発 を line っ た. Crystal structure は の properties を definitely め る most も な of basic で あ る が, そ の quantitative は な to test the main に ゼ に ロ temperature limit ら れ て お り, lattice vibration の unseen fruit に よ っ て now れ る limited temperature の colorful を な phase can be す る こ と は difficult で あ っ た. I 々 は, フ ォ ノ ン interaction between が very strong に い occasions に も may apply な theory で あ る himself no hit フ ォ ノ ン theory を company, zhang し を で crystallization structure optimization, finite temperature す る demean, プ ロ グ ラ ム open 発 を line っ た. I 々 は こ れ を, on behalf of the strong な induced electricity body で あ る BaTiO3 に し, そ の three period of stage の tectonic facies planning move を reappearance す る こ と に successful し た. The results of the <s:1> research <e:1> were published in the Physical Review B journal ら ら されて る る る. Interaction between フ ォ ノ ン が よ り weak い material に お い て, crystallization structure に お け る limited temperature working fruit は, thermal expansion や said of seaborne に masato even が な い phase between の の is not even 続 な tectonic facies planning move と し て now れ る. こ う し た material の first principles calculation で は, the quasi harmonic approximation と よ ば れ る approximate が with い ら れ る が, computation の 観 point か ら full て の freedom を optimization す る の が difficult し く, め ら れ に る structure restrict が つ く の が ordinary で あ っ た. I 々 は, his hit フ ォ ノ ン theory に し seaborne て in い た ア イ デ ア を 応 with し て quasi harmonic approximation の van 囲 で full て の freedom を optimization す る こ と を may に す る methodology open 発 を line う と と も に, appropriate を な method with い る こ と で, tectonic に restrict を つ け て も exam え て い る freedom の temperature dependency を リ ー ズ ナ ブ ル に calculation Youdaoplaceholder0 で る る とを とを とを prove that た た. Youdaoplaceholder3 <s:1> results をまとめた paper る Physical Review journal にア セプトされて セプトされて る る.

项目成果

非調和フォノン理論に基づく有限温度における構造最適化

基于非谐声子理论的有限温度结构优化

• 发表时间: 2023
• 作者: Masuki Ryota;Nomoto Takuya;Arita Ryotaro;Tadano Terumasa;増木亮太
• 通讯作者: 増木亮太

Structural optimization at finite temperature based on anharmonic phonon theory

基于非谐声子理论的有限温度结构优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Masuki Ryota;Nomoto Takuya;Arita Ryotaro;Tadano Terumasa;増木亮太;増木亮太;増木亮太;増木亮太;増木亮太
• 通讯作者: 増木亮太

Ab initio structural optimization at finite temperatures based on anharmonic phonon theory: Application to the structural phase transitions of BaTiO3

• DOI: 10.1103/physrevb.106.224104
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: R. Masuki;T. Nomoto;R. Arita;T. Tadano

Efficient full relaxation of crystal structures with quasiharmonic approximation: Application to pyroelectricity of GaN and ZnO

利用准调和近似实现晶体结构的高效完全弛豫：在 GaN 和 ZnO 热释电中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: Masuki Ryota;Nomoto Takuya;Arita Ryotaro;Tadano Terumasa;増木亮太;増木亮太
• 通讯作者: 増木亮太

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