2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of van der Waals spin density functional method and application to the systems under high pressure and high external magnetic field
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15K05165
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 密度汎関数法 / 分散力 / 非経験的計算法 / 固体酸素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度実績(1)当研究グループで開発したスピン密度を考慮したファン・デル・ワールススピン密度汎関数(VDW-SDF関数)とH27年に英国で新しく提唱された関数（SVDW-DF関数）における特徴を明らかにするべくいくつかの系で具体的に電子状態解析、原子構造の最適化等を継続して行った。これまで得られていた結果では、スピン密度へ拡張したことによる影響は分子間の強磁性的結合には現れず、反強磁性的結合にのみ現れることが分かっていたが、反強磁性の場合にスピン密度の効果が現れる原因を明確にする作業を行った。 (3)SVDW-DF関数をノンコリニア磁性に拡張する取り組みを推進し、β相固体酸素へ応用する計算を行った。層状構造の層内の結晶構造に対して、実験との良い一致が得られた。層間距離については、従来法によるものに較べ改善が見られたものの典型的誤差よりも過大評価する傾向である結果が得られた。(4)スピン間の磁気双極子相互作用も含めて、磁気に関するエネルギーを評価する手法の開発に目途を立てることが可能となった。(5)固体酸素の強制強磁性状態での結晶構造を決定した。強磁性状態では、反強磁性相であるα相固体酸素に比較して、18％程度体積が膨張することが分かった。
研究期間全体を通じて実施した研究の成果
本研究で、スピン密度を考慮したファン・デル・ワールススピン密度汎関数(VDW-SDF関数)と英国で提唱された関数（SVDW-DF関数）は計算コードへの実装が完了した。これらの関数は、従来のGGAやLDAと比較して、その物理精度、特に体積の計算精度が格段に向上している点を明らかにする等、研究成果が上がった。系のエンタルピーを用いた構造相転移の転移圧力や結晶構造の決定については非経験的計算手法の物理精度の問題のため、固体酸素中の層間に働く相互作用を正確に見積もることができず、実行できないことが判明した。
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