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2023 Fiscal Year Annual Research Report

酸化物ヘテロ界面における超軌道分裂の学理構築と巨大界面応答材料のスクリーニング

Planned Research

Project AreaNovel colossal interface response induced by super orbital splitting
Project/Area Number 23H03805
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

福島 鉄也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (00506892)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 新屋 ひかり  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60784709)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords第一原理計算 / KKRグリーン関数法 / 多階層連結シミュレーション / 強相関系
Outline of Annual Research Achievements

学術変革領域研究(B)「超軌道分裂による新奇巨大界面応答」では、界面における特異な電子軌道を制御し微小外場による巨大物性応答実現を目的としている。
A03班は福島鉄也(代表)と新屋ひかり(研究分担者)で構成されている。理論・計算・データ科学により、酸化物ヘテロ構造と非平衡マルチフェロイックス界面における特異な軌道分裂(超軌道分裂)現象の学理構築と、超巨大界面応答を実現するヘテロ構造材料のデザインを推進する。
2023年度はA01班(大矢グループ、永沼グループ)・A02班(佐藤グループ)との研究協力体制を構築するとともに、上記を達成するために計算手法・コードの開発に注力した。具体的には、Korringa-Kohn-Rostoker (KKR)グリーン関数法に立脚した強相関系酸化物の電子状態を高精度で記述する電子状態計算手法、コヒーレントポテンシャル近似を用いた有限温度電気伝導を精査可能な計算手法、そしてハイスループット計算ツールの開発である。実際に、これらの手法や大型計算機施設(特にスーパーコンピューター「富岳」)を用いた電子論的研究を種々の強相関系酸化物に対して適用し、その有用性が証明した。また、インパクトファクターの高い学術雑誌投稿論文や招待公演による研究成果の発信を積極的に行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度は、6件の論文掲載、10件の招待公演、1件のプレスリリースを達成した。また、領域会議、キックオフミーティングを順調に行い、A01、A02、A03班の連携を模索しつつ成果報告を行ってきた。
顕著な成果は、研究分担者の新屋氏が、フォノンやマグノン散乱をKKRグリーン関数法とコヒーレントポテンシャル近似によって記述することで、強磁性半導体の電有限温度気抵抗率の特異な振る舞いを理論的に解明したことである。これはA01班(大矢グループ)とA03班(福島グループ)による共同研究の成果であり、APL Materialsに掲載されプレスリリースを行った。
また、A01班がFe/MgO電極を有するGeナノチャネルデバイスにおいて発見した非常に大きな磁気抵抗比のメカニズムを、A03班が理論的を解明することに成功した。この成果はAdvaced Materialsに掲載され、こちらもプレスリリースを行った。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は計算手法・コード開発に重点を置いたが、今後はこれらのツールを利用して、超軌道分裂現象の学理構築と超巨大界面応答を実現するヘテロ構造材料のデザインを行う。
A01班(大矢グループ)とA03班(福島グループ)の連携に続き、A01班(永沼グループ)、A02班(佐藤グループ)との共同研究を実施する。非平衡マルチフェロイクス界面(BiFeO3、BiCoO3など)における複雑な軌道分裂に着目し、巨大磁気応答を実現する界面構造を探索する。また、データ同化による数値計算と高精度電子顕微鏡計測の融合により、安定界面構造の推定を行う。

  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 10 results)

  • [Journal Article] Exploring finite-temperature electronic transport in CoSi alloys with transition metals (Cr, Mn, Fe, and Ni) using the KKR-CPA method2024

    • Author(s)
      Nam Ho Ngoc、Phung Quan Manh、Suzuki Katsuhiro、Shinya Hikari、Masago Akira、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 12 Pages: 451~459

    • DOI

      10.1039/D3TA06259G

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Colossal Magnetoresistive Switching Induced by d0 Ferromagnetism of MgO in a Semiconductor Nanochannel Device with Ferromagnetic Fe/MgO Electrodes2024

    • Author(s)
      Ohya Shinobu、Tsuruoka Shun、Kaneda Masaya、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Takeda Takahito、Tadano Yuriko、Endo Tatsuro、Anh Le Duc、Masago Akira、Katayama‐Yoshida Hiroshi、Tanaka Masaaki
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 36 Pages: 2307389/1~9

    • DOI

      10.1002/adma.202307389

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] First-principles calculation of magnetocrystalline anisotropy of Y(Co,Fe,Ni,Cu)5 based on full-potential KKR Green’s function method2023

    • Author(s)
      Okumura Haruki、Fukushima Tetsuya、Akai Hisazumi、Ogura Masako
    • Journal Title

      Solid State Communications

      Volume: 373-374 Pages: 115257~115257

    • DOI

      10.1016/j.ssc.2023.115257

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical study on the origin of anomalous temperature-dependent electric resistivity of ferromagnetic semiconductor2023

    • Author(s)
      Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori、Ohya Shinobu、Katayama-Yoshida Hiroshi
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 11 Pages: 111114/1~7

    • DOI

      10.1063/5.0165352

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computational Materials Design of High-Entropy Alloys Based on Full Potential Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation and Machine Learning Techniques2023

    • Author(s)
      Sato Kazunori、Hayashi Genta、Ogushi Kazuma、Okabe Shuichi、Suzuki Katsuhiro、Terai Tomoyuki、Fukushima Tetsuya
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Pages: 2174~2178

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MG2022012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Insight into Scattering Mechanisms and Transport Properties of AgCuS for Flexible Thermoelectric Applications2023

    • Author(s)
      Nam Ho Ngoc、Phung Quan Manh、Suzuki Katsuhiro、Masago Akira、Shinya Hikari、Fukushima Tetsuya、Sato Kazunori
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 15 Pages: 43871~43879

    • DOI

      10.1021/acsami.3c09437

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 磁性材料データの創出とその活用2024

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      コンピュータによる材料開発・物質設計を考える会(CAMMフォーラム)
    • Invited
  • [Presentation] 磁性材料における物性データ創出とその活用2024

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      物質科学シミュレーションと先端実験のデータ連携
    • Invited
  • [Presentation] First-principles calculations of finite temperature electronic structure and transport properties2024

    • Author(s)
      Tetsuya Fukushima
    • Organizer
      The 34th Joint Inter-laboratory Workshop on Nano-magnetics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] KKRグリーン関数法を用いたマテリアルデザイン2023

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      第2回「第一原理計算と機械学習の進歩と調和」研究会
    • Invited
  • [Presentation] 磁性材料における物性データ創出とその活用2023

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      日本金属学会2023年秋季公演大会
    • Invited
  • [Presentation] 酸化物ヘテロ界面における超軌道分裂の学理構築と巨大界面応答材料のスクリーニング2023

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      強的秩序とその操作に関わる 第17回 夏の学校
    • Invited
  • [Presentation] 大規模計算とデータ駆動手法による高性能永久磁石の開発2023

    • Author(s)
      福島鉄也
    • Organizer
      サイエンティフィック・システム研究会
    • Invited
  • [Presentation] Design of Magnetic Materials2023

    • Author(s)
      Tetsuya Fukushima
    • Organizer
      EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] First-principles materials design for ferromagnetic semiconductors2023

    • Author(s)
      Hikari Shinya
    • Organizer
      EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] First-principels Calculations of Temperature-dependent Electrical Transport Properties2023

    • Author(s)
      Hikari Shinya
    • Organizer
      24th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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