Theoretical design of magnetic topological material by high-throughput magnetism/band engineering
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21H01789
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 悠樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20785323)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | 磁性 / 第一原理計算 / 群論 / ハイスループット計算 / 磁気構造 / トポロジカル物質 / トポロジー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、独自の磁気構造生成理論に基づく磁性体のハイスループット第一原理計算を発展させた磁性・バンドエンジニアリングにより、高い検出可能性と機能性を持ったトポロジカル磁性材料の探索・設計に取り組む。複雑な磁気秩序のもとで形成されるバンドの非自明な幾何構造がスピン-軌道結合を通して生み出す輸送・応答現象を、磁場・圧力・化学組成の変化によって制御する方法を第一原理計算のハイスループット解析から見出し、電子構造や表面状態の具体的な解析を通してその検出方法とともに提案することで、スピントロニクスやフォトニクスデバイスに革新的な変革をもたらす機能性トポロジカル磁性材料の発見へと繋げる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は主に第一原理計算を併用した磁性体のデータベース生成とその解析に関する理論の研究に取り組んでいる。
研究代表者が2019年に発表した、結晶に適合する磁気構造生成の研究を発展させることで、有限の伝搬ベクトルで特徴付けられる空間変調のある磁気構造や、トリプル-q構造と呼ばれる複雑な磁気構造の解析・生成に関する理論を発表した[Yanagi et al. Phys. Rev. B 107, 014407(2023)]。この理論をもとにα-MnやCoM3S6(M=Nb, Ta)で観測される反強磁性異常ホール効果の発現と適合する磁気秩序という観点から解析を実施し、実験事実を説明する磁気構造を提案している。CoM3S6についてはさらに実験グループとの共同研究によって磁気構造の同定と異常ホール効果の発現との関わりを調べ、それらの結果をまとめた論文を投稿している。また、磁性体の機械学習による研究への応用を視野に、磁気構造を座標系の取り方に依らない形で多次元ベクトルとして表現する理論の研究に取り組み、単純な磁気配列に対する理論のパラメータ依存性や高対称な磁気構造を対象とした判別性能のベンチマークテストを実施している。これらの検証を通して、提案した磁気構造の特徴量が磁性体の物性現象と密接に関係する磁気構造の対称性に対し、高い識別性能を持つことを示している。これらの結果をまとめた論文を執筆し、2022年度終了時において投稿準備中である。この他、実験グループとの共同研究としてNbMnPの反強磁性秩序相における異常ホール効果の解析を実施し、論文を投稿している。
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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
磁性体のデータベース構築と解析に関する理論の構築に取り組み、研究代表者が提案した結晶周期を破らない高対称磁気構造の生成理論[Suzuki et al., Phys. Rev. B 99, 174407(2019)]を拡張することで、有限の伝搬ベクトルで特徴付けられる空間変調をもったより複雑な磁気構造の解析・生成に関する理論を提案し、その理論をα-MnとCoM3S6(M=Nb, Ta)の磁気構造と輸送現象の解析に適用した結果をまとめ、論文を出版している[Yanagi et al. Phys. Rev. B 107, 014407(2023)]。CoM3S6(M=Nb, Ta)については実験グループとの共同研究によってその磁気構造と異常ホール効果の発現に関するより詳細な解析にも取り組み、論文を投稿している。また、磁気構造を機械学習の特徴量として表現するための理論に関する研究を実施し、提案した特徴量の磁気構造に対する識別性能を調べ、それらの結果をまとめた論文を執筆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は提案した高対称磁気構造の生成と磁気構造の特徴量化の理論を磁気構造データベースの生成と解析に応用することで、磁性体の系統的な解析を実施し、磁性体の磁気構造と物性発現に関する知見の獲得を目指す。また、外部圧力化における磁性環境の変化に関する系統的な解析方法の研究に取り組み、ピエゾ磁気効果などの物性現象に対する、第一原理計算による系統的な研究手法の構築を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
