First-principles calculation of thermoelectric effect and spin-orbit coupling coefficients of incommensurate van der Waals heterostructures
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation |
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| Project/Area Number |
22H05452
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
石井 史之 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (20432122)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | ファンデルワールスヘテロ構造 / バンドアンフォールディング法 / バンド構造 / 熱電効果 / スピン軌道相互作用 / 第一原理電子状態計算 / 層状物質 / ファンデルワールス / 異常ネルンスト効果 / 異常ホール効果 |
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| Outline of Research at the Start |
弱い相互作用（ファンデルワールス相互作用）で結合した二次元物質はその配置を自由に制御できる。本研究では，異なる周期性をもった二種の二次元物質からなるファンデルワールスヘテロ構造に注目し，系統的に構造を変化させた系について，量子力学に基づいたコンピュータシミュレーション（電子状態計算）を実施し，熱を電気に変える熱電デバイスや，省電力なスピントロニクスデバイスへの応用が可能な新しい物質の探索をおこなう。
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元物質からなる有限サイズのファンデルワールスヘテロ構造に注目し，第一原理電子状態計算を実施し，熱電デバイスや，スピントロニクスデバイスへの応用が可能な新しい物質の探索を試みている。今年度の研究実績は主に次の2点である。(1)強磁性層によって形成されているファンデルワールス反強磁性体MnBi2Te4について、有限層の電子状態、異常ホール効果、熱電効果について調べ、三層のフェリ磁性相で、量子化された異常ホール効果を示すことを明らかにし、ゼーベック効果に誘起された巨大な異常ネルンスト効果を示すことを明らかにした。成果を論文 Y. Morishima, N. Yamaguchi, H. Sawahata, and F. Ishii, Appl. Phys. Express, 16 043003 (2023)として出版した。(2) 異常ホール効果と異常ネルンスト効果を効率的に計算する手法開発をおこなった。異常ネルンスト係数を計算するためには、興味ある温度より細かいエネルギー幅のメッシュで異常ホール効果の化学ポテンシャル依存性を調べる必要があり、多くの計算コストが必要となる。我々は運動量空間での局所的なベリー位相を評価することでベリー曲率を効率的に計算し、従来用いられてきたWannier90に実装されている手法よりも高速に異常ホール係数の化学ポテンシャル依存性が評価できることを明らかにした。この成果をH. Sawahata, N. Yamaguchi, S. Minami, and F. Ishii, Phys. Rev. B, 107, 024404(2023)として出版した。また、この手法により、ハイスループット計算を実施している。以上について、日本物理学会、応用物理学会、イタリア・トリエステにおける第一原理電子状態計算のワークショップとアメリカ物理学会で成果発表を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
不整合系の電子状態計算やファンデルワールスヘテロ構造の電子状態計算を系統的に実施できているが、領域内での共同研究の推進がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
不整合系での輸送特性の解析に重要となるハイブリッドワニア関数を用いた輸送係数の実空間分解の手法開発を今後進めていく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(16 results)
