有限温度磁性体の第一原理計算を応用した室温で高性能な磁気伝導材料の理論設計
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20K15017
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | Fukushima National College of Technology |
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Principal Investigator |
小田 洋平 福島工業高等専門学校, 一般教科, 准教授 (80751875)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 第一原理計算 / 結晶磁気異方性 / 異常ホール効果 / スピンホール効果 / スピン異常ホール効果 / 不規則合金 / キュリー温度 / ハード磁性材料 / 異方性磁気抵抗効果 / ひずみ応答 / 磁性材料 / 磁気伝導特性 |
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| Outline of Research at the Start |
磁気工学やスピントロニクスを応用した新たなデバイスやエネルギーハーベスティング技術の実用化にあたり，室温で高性能な特性を示す材料の開発が重要な課題となっている．本研究課題ではまず有限温度における磁性材料の電子状態および磁気・伝導特性を理論計算によって評価する枠組みを確立する．次に実験と定量レベルで比較できる結果を示し，高性能材料を設計開発するための知見を得ることを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は窒化鉄Fe16N2の結晶磁気異方性における局所歪みの効果の解析およびノンコリニア反強磁性体Mn3Ptの異常ホール伝導度・スピンホール伝導度の第一原理的評価に取り組んだ。
α''構造のFe16N2の結晶磁気異方性については、特に結晶格子の軸比を反映した大域的な歪みと原子位置のパラメータを反映した局所的な歪みが一軸磁気異方性定数Ku与える影響について検証を行った。その結果、結晶を大域的に歪ませるだけではKu発現には不十分で、N添加によりFe格子が局所的に歪む効果が重要な支配因子であることを明らかにした。仮に局所的な歪みがない状態を考慮すると、Kuはほぼ0あるいは負の値になった。さらにN原子の位置に乱れが生じると、結晶格子の局所歪みが抑制されてKuが著しく低下することを示唆する結果を得た。このことがα''構造よりも規則度が低いα'構造やマルテンサイト構造ではたとえ大域的には結晶の軸比c/aが1.1となっても一軸磁気異方性を示さない理由の一つであると推察される。
L21構造のMn3Ptのホール伝導度計算について、ノンコリニアな磁気構造をもつ反強磁性体ではたとえ磁化がゼロであっても異常ホール伝導度が有限の値となることを本課題における理論計算でも示すことができた。ただしk点数のパラメータに対して計算結果が大きく依存するため、実験値との比較を考えた際の信頼性は低いと考えられ、前年度から引き続き検討している計算精度の問題点が残された形となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ホール伝導度計算の精度に関する問題については依然として課題が残っているものの、他方で進めている磁性材料の結晶磁気異方性については材料開発のための新たな知見を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画を１年延長して計算機メモリの使用を削減するようプログラムの改造を行い、実際の物質を対象とした計算に引き続き取り組む。
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Report
(4 results)
Research Products
(14 results)
