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2015 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

Research Project

Project/Area Number 14J02866
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

福田 将大  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

本研究は第一原理計算的な相対論的電子状態から場の量子論に基づく電子スピンに関する力学的な局所物理量を計算し、その基礎的な性質を理解するための理論構築とプログラム開発を推進するものである。
前年度開発したプログラムコードをアルゴリズムの改善と並列化により高速化し、それを用いて多原子分子に対してスピントルク密度などの局所物理量計算を行った。その結果、分子軌道ごとの局所物理量の分布から、軌道エネルギーにはほとんど影響を与えない相対論的な相互作用が局所描像に対しては強い影響を与えることが明らかとなった。さらに、スピンの渦度に注目し、スピンホール効果が力学的な描像という新しい観点から理解されることを明らかにした。
分子内部における電子の電気双極子モーメントに起因するスピントルク密度に関して場の量子論に基づいたスピンダイナミクスの観点から理論的研究を行い、強い内部電場を持つYbF, ThO, BaFなどの分子に対してEDM有効電場やEDMの存在によって追加されるスピントルクの寄与を第一原理計算によって明らかにした。
また、光の遅延効果を含む量子電磁力学に基づく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。遅延ポテンシャルまで考慮する場合には静電ハミルトニアンを用いる量子化学計算には現れなかった2つの積分項を計算する必要がある。これらの積分項は解析的に計算が困難であり、また被積分関数が激しく振動するため通常の数値積分法では計算の収束が困難となる問題がある。これらの積分項の数値積分を効率的に行うために、大浦と森によって提案された二重指数関数型数値積分公式を用いる手法を考案した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Local spin dynamics with the electron electric dipole moment2016

    • Author(s)
      M. Fukuda, K. Soga, M. Senami, A. Tachibana
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 93 Pages: 012518-1 - 10

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.93.012518

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dynamical picture of spin Hall effect based on quantum spin vorticity theory2016

    • Author(s)
      M. Fukuda, K. Ichikawa, M. Senami, A. Tachibana
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 6 Pages: 025108-1 - 8

    • DOI

      10.1063/1.4942087

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Effective electric field for electron EDM in heavy polar diatomic molecules2015

    • Author(s)
      M. Fukuda, K. Soga, M. Senami, A. Tachibana
    • Organizer
      8th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2015)
    • Place of Presentation
      Okochi Hall, RIKEN, Wako, Saitama, Japan
    • Year and Date
      2015-11-30 – 2015-12-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピン渦理論に基づくスピンの局所描像2015

    • Author(s)
      福田将大, 曽我康太, 瀬波大土, 立花明知
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2015)
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター(新潟市中央区万代島6番1号)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] スピン渦理論による相対論的電子状態の局所描像2015

    • Author(s)
      福田将大, 曽我康太, 瀬波大土, 立花明知
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区大岡山2-12-1)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] 分子内における局所スピントルク分布とその起源2015

    • Author(s)
      福田将大, 曽我康太, 瀬波大土, 立花明知
    • Organizer
      第18 回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中キャンパス)大阪大学会館(大阪府豊中市待兼山町1-13)
    • Year and Date
      2015-05-20 – 2015-05-22

URL: 

Published: 2016-12-27  

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