2014 Fiscal Year Annual Research Report
場の量子論に基づく時間発展シミュレーションによる局所量子物性の理論的研究
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14J02866
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
福田 将大 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 局所量子物性 / 量子電磁力学 / スピントロニクス / 数値シミュレーション / スピントルク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子・分子スケールにおける局所物性評価を実現するため、電子スピンに働く局所的なトルクに関しての理論的研究及び第一原理計算プログラムコードの開発を行った。スピンに働くトルクの計算は相対論的な枠組みで行う必要があるが、本年度は従来の4成分相対論的電子状態計算よりも計算コストが少ない2成分相対論的電子状態計算により得られる波束を用いた局所物性計算を可能にするための理論式の導出とその第一原理計算プログラムコードの開発を行った。4成分相対論計算の結果との比較から、2成分相対論計算でも妥当なスピントルクの値が得られることを明らかにした。また、強磁性体結晶などの周期系を計算対象にした定常状態における局所物理量の計算のためのプログラムコード開発を行った。
さらに、光の遅延効果を含むRigged QED数値シミュレーションの実現に向けて、計算手法の定式化とプログラムコード開発に取り組んだ。Rigged QEDとは、電子と光子の相互作用を扱う通常のQED に加えて原子核も含めた全てを量子場として統一的に扱うために提案された理論であり、光子との相互作用により電子状態が時々刻々と変化する原子・分子系を扱うことができる。その光物性を調べるためには時間に依存する局所的な誘電率・透磁率・屈折率など、従来マクロスケールで扱っていた物理量とは異なる物性評価指標を用いる必要がある。光の遅延効果が重要となるそれらの物理量計算に向けて、これまで所属研究室で開発されてきたRigged QED数値シミュレーションプログラムコード“QEDynamics”に遅延ポテンシャルからくる寄与を取り入れる取り組みを行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた2成分相対論的電子状態計算により得られる波束を用いた局所物理量計算のための理論の定式化プログラムコード開発が順調に進み、原子・分子系での局所物理量計算が可能となったため。4成分相対論計算よりも計算コストを減らすことができ、より大きな分子系への局所物理量計算が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後取り組む課題としては、開発したプログラムコードを用いてエレクトロニクスデバイスに使用される結晶材料に適用し、局所スピントルクの分布の解析を行い、スピンの力学的描像を可視化し、新規な物性の理論予測や物性評価を行うことが挙げられる。また、計算コストの問題を解決するため、来年度はアルゴリズムの改善とプログラムコードの並列化に取り組む予定である。
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[Presentation] Spin Hall Effect and Quantum Spin Vorticity Principle2014
Author(s)
Masahiro Fukuda, Masato Senami, Kazuhide Ichikawa, Akitomo Tachibana
Organizer
Novel Quantum States in Condensed Matter (NQS 2014)
Place of Presentation
Panasonic International Auditorium of Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP) Kyoto University, Kyoto 606-8502, Japan
Year and Date
2014-11-17 – 2014-11-21
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