原子層における次元性と対称性を用いた物質設計

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 16H00924
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University (2017); Institute of Physical and Chemical Research (2016)
• Principal Investigator: 是常 隆 東北大学, 理学研究科, 准教授 (90391953)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2016: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 第一原理計算 / 原子層 / ジャロシンスキー守谷相互作用 / 物性理論

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、原子層を用いることによる対称性の変化や次元性の変化を活用した新たな物質設計、物性制御を目指すものである。前年度は、その成果の一つとして、反転対称性に着目し、強磁性体において反転対称性の破れに伴うジャロシンスキー守谷相互作用について研究を行い、その相互作用の大きさがスピン流で表されるという結果を得、その手法の実装と実際の物質への適用を行った。そこで、本年度は、まず、その手法とこれまでに知られている手法の比較、検討を行い、スピン流を用いた手法の妥当性や適用条件を確認し、その結果をレビュー論文および日本語の解説記事にまとめた。次に、本年度報告された強磁性原子層物質に対して、本手法の適用を行った。対象とした物質は原子層１層にしても反転対称性は維持されるが、原子層の場合、様々な方法で反転対称性を破ることができる。実際に、原子の置き換えや、基盤の上に置く、さらには電場をかける、といった状況を想定して計算を行った。その結果、反転対称性を破ることで確かにジャロシンスキー守谷相互作用が生じることが明らかになった。ジャロシンスキー守谷相互作用は磁性を制御する上で、重要な相互作用として注目されているが、その定量的な大きさや符号、どういうときに大きくなるのか、ということについてはまだ分かっていないことが多い。本研究のように電場等で人為的にその大きさを制御し、理論と実験を比較することができれば、今後ジャロシンスキー守谷相互作用の理解がより一層深まることが期待される。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] First-Principles Evaluation of the Dzyaloshinskii-Moriya Interaction (2018)
  • Author(s): Takashi Koretsune, Toru Kikuchi and Ryotaro Arita
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 87 Issue: 4 Pages: 041011-041011
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.041011
  • NAID: 210000134764
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient method to calculate the electron-phonon coupling constant and superconducting transition temperature (2017)
  • Author(s): Takashi Koretsune, and Ryotaro Arita
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 220 Pages: 239-242
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2017.07.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Weak phonon-mediated pairing in BiS2 superconductor from first principles (2017)
  • Author(s): Corentin Morice, Ryosuke Akashi, Takashi Koretsune, Siddharth S. Saxena, and Ryotaro Arita
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 18 Pages: 180505-180505
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.180505
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): M.-T. Suzuki, T. Koretsune, M. Ochi, R. Arita
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.094406
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two-dimensional metallic NbS2: growth, optical identification and transport properties (2016)
  • Author(s): Sihan Zhao, Takato Hotta, Takashi Koretsune, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Katsuaki Sugawara, Takashi Takahashi, Hisanori Shinohara & Ryo Kitaura
  • Journal Title: 2D Materials Volume: 3 Issue: 2 Pages: 025027-025027
  • DOI: 10.1088/2053-1583/3/2/025027
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dzyaloshinskii-Moriya interaction as a consequence of a Doppler shift due to spin-orbit-induced intrinsic spin current (2016)
  • Author(s): Toru Kikuchi, Takashi Koretsune, Ryotaro Arita, Gen Tatara
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 116 Issue: 24 Pages: 247201-247201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.247201
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cationic pi-stacking columns of coronene molecules with fully charged and charge-disproportionated states (2016)
  • Author(s): Y. Yoshida, K. Isomura, M. Maesato, T. Koretsune, Y. Nakano, H. Yamochi, H. Kishida and G. Saito
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 16 Issue: 10 Pages: 5994-6000
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.6b01039
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gate-Tuned Thermoelectric Power in Black Phosphorus (2016)
  • Author(s): Yu Saito, Takahiko Iizuka, Takashi Koretsune, Ryotaro Arita, Sunao Shimizu, Yoshihiro Iwasa
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 16 Issue: 8 Pages: 4819-4824
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00999
  • Peer Reviewed
• [Presentation] First-principles study of Dzyaloshinskii-Moriya interaction for bulk and interface systems (2017)
  • Author(s): Takashi Koretsune
  • Organizer: CEMS Topical Meeting on Emergent 2D Materials 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] First-principles calculation of Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2017)
  • Author(s): Takashi Koretsune
  • Organizer: International Workshop on Computational Science 2017
  • Place of Presentation: Kanazawa University, Kanazawa, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] First-principles study of Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2016)
  • Author(s): Takashi Koretsune
  • Organizer: EU-JAPAN Workshop on Computational Materials Design and Realization for Spintronics, Moltronics, Quantronics, Superconductivity and Topotronics
  • Place of Presentation: Julich, Germany
  • Int'l Joint Research / Invited