密度汎関数法に基づく希土類化合物の多体電子状態計算

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11740190
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 草部 浩一 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (10262164)
• Keywords: 密度汎関数法 / 近藤効果 / 希土類元素化合物 / アンダーソン模型 / ハバード模型 / コーン・シャーム方程式

Research Abstract

機能性材料として注目されている希土類元素化合物は、工業的重要性に加え、重い電子系の異常物性や近藤効果など様々な物性が発現する舞台でもある。理論的に見ると、この系は局在f電子と伝導電子が共存する強相関電子系である。従って、希土類化合物の物質構造から電子状態までを系統的に理論解析するには、1)第一原理的電子状態計算と、2)近藤模型、アンダーソン模型等の強相関模型の解析法を融合して用いる必要がある。このような理論の提案としては、既にLDA+U法があるが、用いられているエネルギー汎数は人工的に作られたものであり、厳密な密度汎関数法から正しく定式化されていない。そこで、本研究において、近藤状態を再現する第一原理的電子状態計算法を提案して具体的に実現する理論を構築した。本研究の初期の段階では、交換相関項の中に顕にスピン依存性を持たせる、スピンに依存した擬ポテンシャルを提案し、それを数値繰り込み群法を用いた対角化計算により解くという方法論を展開してきた。しかし、この方法ではf電子と伝導電子の間の混成による近藤効果を表現できない。そこで、密度汎関数法に基づいて、アンダーソン模型、広くはハバード模型を定式化する方法論が必要であることに気づいた。今年度に入ってこのコーン・シャーム方程式を強相関電子系に適用できる形に厳密に拡張することに成功した。現在、J.Phys.Soc.Jpn.に投稿中(cond-mat/0103094にも掲載)のこの厳密な帰結は、1965年のコーン・シャーム理論以来の画期的なものと言える。この拡張コーン・シャーム方程式によれば、電子系の斥力起源の相転移現象を第一原理的電子状態計算によって全て再現可能であることが分かる。理論の展開が今年度に入って行なわれたため、報文の作成は遅れたが、今後数値計算法を再度整備して種々のf電子系へ適用していく。