First-principles calculation of finite-temperature transport properties including effects of phonons and magnons

有限温度输运特性的第一性原理计算，包括声子和磁子的影响

• 批准号: 21K03397
• 负责人: 赤井 久純
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Osaka University (2022)The University of Tokyo (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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-21K03397/
• 关键词: 電子フォノン散乱; 電子マグノン散乱; 電気伝導度; 光学伝導度; 線形応答理論; 第一原理計算; KKR-CPA; 有限温度輸送現象; 有限温度電子輸送

完全結晶における有限温度の電子輸送現象に関しては，電子フォノン散乱及び電子マグノン散乱が本質的である．不規則性や界面・表面を必然的に含む現実物質においても，これらの散乱が輸送現象の温度依存性の主要な要因となっている．本研究の目的は，フォノン及びマグノンによる電子散乱効果を取り入れた第一原理電子状態計算に基づき，電子輸送現象を定量的に評価することである．これらの散乱効果は有限温度における効果であり，温度を指定したときのフォノン・マグノン励起を評価する必要がある．しかもフォノンやマグノンは電子系と相互作用するため，電子状態の計算とあわせてセルフコンシステントに決める必要がある．本年度はフォノン・マグノン励起を，与えられた温度のもとで評価するための理論の構築とそれに基づく計算アルゴリズムと計算機コードの開発を行った．フォノン励起に関してはフォノンの第一原理計算を組み込むことが最も望ましい方法であるが，計算コストが極めて高くなるために，デバイモデルで代用した．デバイモデルを適用するに当たってはデバイ温度の実験的および理論的データをデータベースの形でコード内部に取り込み，それをもとにしてフォノン励起の計算を行った，マグノン励起に関してはマグノン励起数とフォノン・マグノン励起のもとでの低エネルギー有効ハミルトニアンの構築をセルフコンシステントに行う多重ループを持つ計算機コードを開発した．これらの開発の結果，任意の有限温度におけるフォノン・マグノン励起を考慮した第一原理電子状態計算の実行が可能となり，これを用いて多層幕の有限温度における電気伝導度の試験的な計算を実施して妥当な結果が得られることを確認した．

对于完美晶体中有限温度下的电子传输现象，电子声子散射和电子磁振子散射至关重要。即使在不可避免地包含不规则性和界面/表面的真实材料中，这些散射也是传输现象与温度相关的主要原因。本研究的目的是基于第一原理电子结构计算定量评估电子传输现象，其中考虑了声子和磁振子的电子散射效应。这些散射效应是在有限温度下的效应，因此有必要评估指定温度下的声子/磁振子激发。此外，由于声子和磁振子与电子系统相互作用，因此必须结合电子态的计算自洽地确定它们。今年，我们构建了一种评估给定温度下声子/磁振子激发的理论，并基于该理论开发了计算算法和计算机代码。对于声子激发，最理想的方法是结合声子第一性原理计算，但由于计算成本极高，所以我们改用德拜模型。在应用德拜模型时，德拜温度的实验和理论数据以数据库的形式纳入代码中，并根据这些数据计算声子激发。关于磁振子激发，磁振子激发数和声子我们开发了一台计算机。具有多个循环的代码，在磁振子激励下自洽地构建低能有效哈密顿量。由于这些发展，已经可以执行第一原理电子态计算，其中考虑了任意有限温度下的声子和磁振子激发，并且我们已经用它来进行有限温度下多层窗帘电导率的实验计算经证实可以获得合理的结果。

项目成果

Data assimilation method for experimental and first-principles data: Finite-temperature magnetization of (Nd,Pr,La,Ce)2(Fe,Co,Ni)14B

• DOI: 10.1103/physrevmaterials.5.013806
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: arXiv: Materials Science
• 作者: Y. Harashima;Keiichi Tamai;S. Doi;M. Matsumoto;H. Akai;N. Kawashima;Masaaki Ito;N. Sakuma;A. Kato;T. Shoji;T. Miyake

FIrst-principles investigation of Nd(Fe, M)12 (M=K-Br) and Nd(Fe, Cr, Co, Ni, Ge, As)12: Possible enhancers of Curie temperature for NdFe12 magnetic compounds

Nd(Fe, M)12 (M=K-Br) 和 Nd(Fe, Cr, Co, Ni, Ge, As)12 的第一性原理研究：NdFe12 磁性化合物居里温度的可能增强剂

• DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117597
• 发表时间: 2022
• 期刊: Acta Materialia
• 影响因子: 9.4
• 作者: Fukazawa Taro;Akai Hisazumi;Harashima Yosuke;Miyake Takashi
• 通讯作者: Miyake Takashi

Spin-wave dispersion and exchange stiffness in Nd2Fe14B and RFe11Ti (R=Y, Nd, Sm) from first-principles calculations

• DOI: 10.1103/physrevb.103.024418
• 发表时间: 2021-01-13
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Fukazawa, Taro;Akai, Hisazumi;Miyake, Takashi
• 通讯作者: Miyake, Takashi

Danube University(オーストリア)

多瑙河大学（奥地利）

Physics-informed machine learning combining experiment and simulation for the design of neodymium-iron-boron permanent magnets with reduced critical-elements content

• DOI: 10.3389/fmats.2022.1094055
• 发表时间: 2023-01
• 作者: A. Kovacs;J. Fischbacher;H. Oezelt;Alexander Kornell;Qais Ali;M. Gusenbauer;M. Yano;N. Sakuma