First-principles calculations of finite temperature transport properties

有限温度传输特性的第一性原理计算

• 批准号: 22K14285
• 负责人: 新屋 ひかり
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14285/
• 关键词: 第一原理計算; スピントロニクス; KKR-CPA法; 線形応答理論; KKR-CPA

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。

在对自旋电子材料进行计算材料设计时，需要定量评估器件工作温度下的电阻率、磁阻（MR）比和隧道磁阻（TMR）比等导电性能。然而，第一性原理计算不擅长处理温度效应和传导特性，这些都是与激励相关的现象。如果能够在第一原理的基础上准确评估有限温度下的导电性能，预计材料开发的速度将显着提高。因此，在本研究中，我们开发了第一性原理计算代码“AkaiKKR（http://kkr.issp.u-tokyo.ac.jp）”，以超越传统计算材料设计的局限性。首先，我们将基本的第一性原理计算方法 Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) 格林函数法与相干势近似 (CPA) 相结合，以考虑电子声子散射和电子磁振子散射引起的温度效应。此外，我们利用线性响应理论描述了激发态的传导现象并进行了定量评估。这种计算方法已经在多种金属系统中取得了成功，但为了扩大计算目标的范围，我们将其应用于磁性半导体系统，并通过与实验值进行比较来验证计算方法和程序。此外，我们从微观角度阐明和讨论了传输现象的机制。我们还开发和改进了该程序，使其即使对于包含不同界面的异质结和多层结构也可以执行稳定的计算，类似于实际的器件结构。

项目成果

High-throughput screening for room temperature ferromagnetic semiconductors

室温铁磁半导体的高通量筛选

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Shinya;T. Kubota;Y. Tanaka;and M. Shirai
• 通讯作者: and M. Shirai

第一原理計算に基づくスピントロニクス材料の理論研究

基于第一性原理计算的自旋电子材料理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 新屋 ひかり;高 成柱;福島 鉄也;真砂 啓;佐藤 和則;赤井 久純;吉田 博;白井 正文
• 通讯作者: 白井 正文

The role of electron-phonon scattering on thermoelectric properties of intermetallic compounds XSi (X = Co, Rh)

• DOI: 10.35848/1347-4065/acb97a
• 发表时间: 2023-02-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 1.5
• 作者: Nam，Ho Ngoc;Suzuki，Katsuhiro;Sato，Kazunori
• 通讯作者: Sato，Kazunori

FePd(001)/グラフェン磁気トンネル接合における磁気抵抗率の第一原理伝導計算

FePd(001)/石墨烯磁隧道结磁阻的第一性原理传导计算

• 发表时间: 2022
• 作者: 植本 光治;安達 隼人;新屋 ひかり;永沼 博;小野 倫也
• 通讯作者: 小野 倫也

Design of novel dilute magnetic semiconductors by exhaustive first-principles calculations and scale-bridging simulations

• DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103604
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: Materials Today Communications
• 影响因子: 3.8
• 作者: H. Shinya;Takaya Kubota;Yuichiro Tanaka;M. Shirai