第一原理手法による遷移金属酸化物人工超格子の大規模計算

• Project Area: Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
• Project/Area Number: 25104714
• 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: Kanazawa University
• Principal Investigator: 石井 史之 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (20432122)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 遷移金属酸化物ヘテロ界面 / スピン軌道相互作用 / スピンエレクトロニクス / ラシュバ効果 / 遷移金属酸化物 / 二次元電子ガス / 人工超格子 / 第一原理計算 / 界面 / 電子状態

Outline of Annual Research Achievements

ペロブスカイト型遷移金属酸化物LaAlO3/SrTiO3のヘテロ界面の電子状態を詳しく調べた。ヘテロ界面をモデル化するため、人工超格子(LaAlO3)n/(SrTiO3)nによる計算と有効遮蔽体法による計算の二つの方法で密度汎関数法に基づき、スピン軌道相互作用を考慮した第一原理電子状態計算をおこなった。界面状態のスピン軌道分裂から見積もった、ラシュバ係数は両手法で大きく変わらず、実験結果とも同じオーダーであることが明らかになった。また、人工超格子系については、内部電場を見積り、ラシュバ係数の層数依存性について調べ、内部電場とラシュバ係数の相関を明らかにした。人工超格子の研究成果については、Molecular Simulation, published online DOI:10.1080/08927022.2014.987986として、論文発表をおこなった。界面近傍の歪みについて詳しく解析した結果については、投稿準備中である。
遷移金属酸化物人工超格子によるトポロジカル界面状態の理論設計のため、トポロジカル不変量で分類される、トポロジカル絶縁体（バルク）の探索をおこなった。他方、典型的なトポロジカル絶縁体Bi2Te3, Bi2Se3の表面状態のスピン構造の解析、また、Z2不変量の計算によるBi2Te3, Bi2Se3内部パラメータの変化によるトポロジカル相転移を明らかにした。これらの研究成果は、Molecular Simulation, published online DOI:10.1080/08927022.2014.964476, ならびにJPS Conf. Proc. 5, 011022 (2015)に論文発表をおこなった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] First-Principles Study of Topological Insulators A2B3(A=Bi and Sb, and B=O, S, Se and Te) (2015)
  • Author(s): T. Kato, H. Kotaka, and F. Ishii
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 5
  • DOI: 10.7566/jpscp.5.011022
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermopower of Doped Quantum Anomalous Hall Insulators: The case of Dirac Hamiltonian (2015)
  • Author(s): Y. P. Mizuta, and F. Ishii,
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 5
  • DOI: 10.7566/jpscp.5.011023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First-principles study of Exchange Interaction in Ising-type Multiferroic Ca3CoMnO6 (2014)
  • Author(s): M. Nishida, F. Ishii, and M. Saito
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.014040
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Contribution of Berry Curvature to Thermoelectric Effects (2014)
  • Author(s): Y.P. Mizuta and F. Ishii
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.017035
  • NAID: 110009756301
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin-Orbit Interaction Effects in the Electronic Structure of B20-type CoSi: First-Principles Density Functional Study (2014)
  • Author(s): F. Ishii, T. Onishi, and H. Kotaka
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.016019
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] First-principles study of surface states in topological insulators Bi2Te3 and Bi2Se3 :Film thickness dependence (2014)
  • Author(s): T. Kato, H. Kotaka, and F. Ishii
  • Journal Title: Molecular Simulation Volume: 0 Issue: 10-12 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1080/08927022.2014.964476
  • NAID: 120005516443
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetism-Driven Electric Polarization of Multiferroic Quasi-One-Dimensional Ca3CoMnO6: First-Principles Study Using Density Functional Theory (2014)
  • Author(s): M. Nishida, F. Ishii, M. Saito
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 83 Issue: 12 Pages: 124711-124711
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.124711
  • NAID: 210000133381
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] First-Principles Study of Rashba Effect in the (LaAlO3)2/(SrTiO3)2 (2014)
  • Author(s): M. Nishida, F. Ishii, H. Kotaka, and M. Saito
  • Journal Title: Molecular Simulation Volume: 0 Issue: 10-12 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1080/08927022.2014.987986
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tunable Rashba effect on strained ZnO: First-principles density-functional study (2014)
  • Author(s): M. A. Absor, H. Kotaka, F. Ishii, and M. Saito
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 7 Issue: 5 Pages: 053002-053002
  • DOI: 10.7567/apex.7.053002
  • NAID: 210000137084
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First-principles study of carrier-induced ferromagnetism in bilayer and multilayer zigzag graphene nanoribbons (2014)
  • Author(s): K. Sawada, F. Ishii, and M. Saito
  • Journal Title: Applied physics Letters Volume: 104 Issue: 14
  • DOI: 10.1063/1.4870766
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パイロクロア型Ir酸化物における熱電効果の第一原理計算 (2015)
  • Author(s): 水田耀ピエール，石井史之，小野田繁樹
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] Spin texture of the persistent spin helix on the wurtzite ZnO (10-10) surface: first-principles study (2015)
  • Author(s): Moh Adhib Ulil Absor，Fumiyuki Ishii，Hiroki Kotaka，and Mineo Saito
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] GaN中水素不純物の電子構造計算 (2015)
  • Author(s): 白尾巧輔，河渡祐里子，Dinan Andiwijaya Kusuma，石井史之，斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] Thermopower of Doped Quantum Anomalous Hall Insulators: Towards First-Principles Evaluation (2015)
  • Author(s): F. Ishii and Y.P. Mizuta
  • Organizer: Dirac Electrons in Solids
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-01-14
• [Presentation] First-principles study of Rashba effect in artificial superlattice (LaAlO3)n/(SrTiO3)n (2014)
  • Author(s): Miho Nishida, Fumiyuli Ishii, Hiroki Kotaka and Mineo Saito
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] Surface states of Bi (001) multi-layer nano film: spin distribution in the real space and momentum space (2014)
  • Author(s): H. Kotaka , F. Ishii, and M. Saito
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] First-principles study of strain-induced topological phase transitions in bismuth chalcogenides (2014)
  • Author(s): T. Kato, H. Kotaka and F. Ishii
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] Spin-orbit coupling on wurtzite ZnO (1010) surface: first-principles density functional study (2014)
  • Author(s): Moh Adhib Ulil Absor, Fumiyuki Ishii, Hiroki Kotaka, and Mineo Saito
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] Ferroelectric tuning of spin-orbit field in ATiO3(A=Sr,Ba, and Pb) (2014)
  • Author(s): F. Ishii, and H. Kotaka, T. Ohnishi, M. Nishida, M. Saito
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] 酸化物半導体におけるラシュバ効果と永久スピン旋回状態の理論設計 (2014)
  • Author(s): 石井史之，大西峰志，小鷹浩毅
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Rashba effect on clean and hydrogenated ZnO (10-10) non-polar surface: First-principles study (2014)
  • Author(s): Moh Adhib Ulil Absor，Hiroki Kotaka，Fumiyuki Ishii，and Mineo Saito
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] トポロジカル界面における熱電能の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 水田耀ピエール，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] 第一原理計算によるA2B3型化合物トポロジカル絶縁体の探索 (2014)
  • Author(s): 加藤毅大，小鷹浩毅，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] 人工超格子(LaAlO3)n/(ATiO3)n (A=Sr, Pb, Ba)における電気分極と電子状態の基板依存性の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 西田美穂，石井史之，小鷹浩毅，斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] 金属基板上グラフェンの電子状態計算 (2014)
  • Author(s): 伊藤諭史，澤田啓介，斉藤峯雄，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] パイロクロア型Ir酸化物とRh酸化物の第一原理計算：金属絶縁体転移、磁性とトポロジー (2014)
  • Author(s): 石井史之，水田耀ピエール，加藤毅大，尾崎泰助，Hongming Weng，小野田繁樹
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] Spin–Orbit Effects in Ferroelectric Oxides: Towards Oxide Spintronics (2014)
  • Author(s): Fumiyuki Ishii
  • Organizer: IUMRS-ICA 2014
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2014-08-27
  • Invited
• [Presentation] Thermopower at the Interfaces, -An Anomalous Contribution from First-Principles- (2014)
  • Author(s): Yo P. Mizuta and Fumiyuki Ishii
  • Organizer: Computational Science Workshop 2014 (CSW2014)
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-08-21
• [Presentation] First-principles study of topological insulator A2B3 (A=Bi, Sb, B=O,S, Se, Te) (2014)
  • Author(s): Takehiro Kato, Hiroki Kotaka, and Fumiyuki Ishii
  • Organizer: Computational Science Workshop 2014 (CSW2014)
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-08-21
• [Presentation] First-Principles study on pyrochlore iridates and rhodates: metal-insulator transition, magnetism, and topology (2014)
  • Author(s): F. Ishii, Y. P. Mizuta, T. Kato, H. Weng, T. Ozaki, S. Onoda
  • Organizer: International Workshop on Frustration and Topology in Condensed Matter Physics
  • Place of Presentation: National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
  • Invited
• [Presentation] 遷移金属酸化物のスピン制御 (2014)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: 文部科学省科学研究費新学術領域 「コンピューティクスによる物質デザイン：複合相関と非平衡ダイナミクス」 平成25 年度研究会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
• [Presentation] Tunable Rashba spin rotation of strained ZnO: First-principles density functional study (2014)
  • Author(s): Moh Adhib Ulil Absor，Hiroki Kotaka，Fumiyuki Ishii，and Mineo Saito
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] LaMO3/SrTiO3(M=Al,Mn)の第一原理計算：面方位と基板依存性 (2014)
  • Author(s): 西田美穂，石井史之，大西峰志，小鷹浩毅，斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] 遷移金属酸化物表面・界面における磁性不純物とラシュバ効果の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 石井史之，小鷹浩毅
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] 第一原理計算による遷移金属酸化物トポロジカル絶縁体の探索 (2014)
  • Author(s): 加藤毅大，小鷹浩毅，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] Ni基板上グラフェンの電子状態計算 (2014)
  • Author(s): 伊藤諭史，斉藤峯雄，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] 酸化物界面における熱電効果の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 水田耀ピエール，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
• [Presentation] Spin-Orbit Interaction Effects in the Electronic Structure of B20-type CoSi: First-Principles Density Functional Study (2013)
  • Author(s): F. Ishii, T. Onishi, and H. Kotaka
  • Organizer: SCES2013
  • Place of Presentation: Ito International Research Center Conference, The University of Tokyo (東京都)
• [Presentation] Contribution of Berry Curvature to Thermoelectric Effects (2013)
  • Author(s): Y. P. Mizuta and F. Ishii
  • Organizer: SCES2013
  • Place of Presentation: Ito International Research Center Conference, The University of Tokyo (東京都)
• [Presentation] First-principles study of Exchange Interaction in Ising-type Multiferroic Ca3CoMnO6 (2013)
  • Author(s): M. Nishida, F. Ishii, and M. Saito
  • Organizer: SCES2013
  • Place of Presentation: Ito International Research Center Conference, The University of Tokyo (東京都)
• [Presentation] Seebeck効果において磁性不純物がも たらす異常項の寄与 (2013)
  • Author(s): 水田耀ピエール, 石井史之
  • Organizer: 第十回日本熱電学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂(愛知県)
• [Presentation] Spin texture in strained ZnO: A first principle study (2013)
  • Author(s): Moh Adhib Ulil Absor，Fumiyuki Ishii，Mineo Saito
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県)
• [Presentation] 空間反転対称性の破れた系におけるワイル点近傍のスピン分裂 (2013)
  • Author(s): 石井史之，小鷹浩毅
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県)
• [Presentation] BaTiO3の構造相転移過程におけるスピン分裂の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 大西峰志，石井史之，小鷹浩毅，斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県)
• [Presentation] ベリー曲率が寄与する熱電効果：二次元電子系の場合 (2013)
  • Author(s): 水田耀ピエール，石井史之
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県)
• [Presentation] 人工超格子(LaMnO3)m/(SrTiO3)nの第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 西田美穂，石井史之，斎藤峯雄，小鷹浩毅
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県)
• [Presentation] First-Principles Calculation of Surface State in Topological Insulators Bi2Te3 and Related Materials: Film Thickness Dependence (2013)
  • Author(s): Takehiro Kato, Hiroki Kotaka, Fumiyuki Ishii
  • Organizer: ICMS2013
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center. Kobe, Hyogo Japan
• [Presentation] First-Principles Study of Artificial Superlattice (LaMnO3)n/(SrTiO3)m (2013)
  • Author(s): Miho Nishida, Fumiyuki Ishii, Hiroki Kotaka, Mineo Saito
  • Organizer: ICMS2013
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center. Kobe, Hyogo Japan
• [Presentation] First-Principles Study of Organic Molecular Antiferroelectric Squaric Acid (2013)
  • Author(s): Fumiyuki Ishii, Yoshiki Tanaka
  • Organizer: ICMS2013
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center. Kobe, Hyogo Japan
• [Presentation] First-principles electronic structure calculations of the wurtzite ZnO slab (2013)
  • Author(s): Van-Minh Vo, Makoto Nakamura, Masao Obata, Mineo Saito, Fumiyuki Ishii, Tatsuki Oda
  • Organizer: ICMS2013
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center. Kobe, Hyogo Japan
• [Presentation] Ab initio study of electric polarization and spin textures in ATiO3 (A=Pb, Ba) with structural phase transition (2013)
  • Author(s): Takashi Onishi, Fumiyuki Ishii, Hiroki Kotaka, Mineo Saito
  • Organizer: ICMS2013
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center. Kobe, Hyogo Japan
• [Presentation] スピン軌道相互作用が熱電能にもたらす効果 (2013)
  • Author(s): 水田耀ピエール, 石井史之
  • Organizer: 2013年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Presentation] トポロジカル絶縁体 Bi2Te3と関連物質の表面状態における第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 加藤毅大, 小鷹浩毅 石井史之
  • Organizer: 2013年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Presentation] 人工超格子(LaMnO3)n/(SrTiO3)mの第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 西田美穂, 石井史之, 小鷹浩毅, 斎藤峯雄
  • Organizer: 2013年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Presentation] 遷移金属酸化物におけるRashba効果の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 石井史之、大西峰志、西田美穂、小鷹浩毅、斎藤峯雄
  • Organizer: 物性研スパコン共同利用・CMSI 合同研究会
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所(千葉県)
• [Presentation] 遷移金属酸化物界面におけるスピン分裂の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: 文部科学省科学研究費新学術領域研究 「コンピューティクスによる物質デザイン：複合相関と非平衡ダイナミクス」 平成25年度第1回研究会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
• [Remarks] 研究成果報告 科研費 25104714
  • URL: http://cphys.s.kanazawa-u.ac.jp/~lab-ishii/summary_25104714.html
• [Remarks] 金沢大学計算物性・物性理論研究室 石井グループ
  • URL: http://cphys.s.kanazawa-u.ac.jp/~lab-ishii/index.html