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2015 Fiscal Year Research-status Report

超伝導転移温度の第一原理計算:電子状態計算法の刷新と交換効果への展開

Research Project

Project/Area Number 15K20940
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

明石 遼介  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40734356)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords計算物理学 / 高温超伝導
Outline of Annual Research Achievements

本課題では超伝導転移温度(Tc)を結晶構造から第一原理計算するための基盤手法開発を行っている.まず当初の研究計画に則り,電子状態計算に交換エネルギーを導入した.基礎となる電子状態計算プログラム"xTAPP"において,交換エネルギー項を計算する部分を改変し,mixingパラメタに巨視的誘電率(実験値)を入れる仕様とした.基本的な半導体Si, SiC, C, MgO, LiHについてバンドギャップを計算したところ,実験値との一致精度が系統的に向上することが確認できた.これは今後金属系へと手法を展開していくための重要な一歩である.

一方本課題応募後,超伝導分野を大きく揺るがすニュースが入った.ありふれた物質である硫化水素を超高圧に置くと超伝導化し,かつその転移温度(Tc)がこれまでのレコードを上回る値(203K)を示したのである.私の研究はそもそも高Tcの起源が念頭にあるものである.この点を踏まえ金属系への遮蔽交換エネルギー項計算を進めるという当初の予定を変更,多くの時間を硫化水素の研究に費やした.従来型フォノン媒介超伝導理論に基づき第一原理Tc計算を行うことで実験Tcがよく再現されることを示し,この超伝導が従来型機構によるという強力な証拠を与えた.本内容について論文を発表し(投稿中1本, arXivにアップロード済; Physical Review B に出版済1本),また招待講演を多数行った(国内学会5回,国際学会2回).

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は超伝導体研究のレジームを変える"硫化水素の圧力誘起高温超伝導"発見に鑑み,当初計画に若干の修正を行った.200Kを超える転移温度が観測されたのは歴史上初めてであり,室温超伝導という究極目標への道を拓く発見といえる.そもそも私の研究目的は"高温超伝導体の第一原理Tc計算・超伝導物質デザインといった将来の発展の基盤を整備する"ことであるため,新しい高温超伝導体のメカニズム解明は目的に合致していると考えた.

Strategy for Future Research Activity

前述の通り,本年度は新しい高温超伝導体の発見に鑑み当初計画を変更したが,これは目的の変更にはあたらないと考える.今後も当初予定の履行に邁進しつつ,研究目的達成のために最速の道を模索し機動的な研究を行う所存である.ただ本年度については,多数の招待講演依頼を受けることとなり当初計画に割ける時間が減ったという面もある.当初計画・新超伝導体研究・発表のバランスをとることを来年度は意識する.

Causes of Carryover

当初計画では手法開発のためにコンピュータクラスタを購入する予定であったが,計画変更に伴い新結果の学会発表のプライオリティが上がったため購入を遅らせ,学会費・旅費に回した.

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度秋を目処にクラスタ購入予定.ただし現状の高スペックCPUラインナップを参照し構成を若干変更する可能性あり.金額は申告通りに抑える.

  • Research Products

    (15 results)

All 2016 2015

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 8 results)

  • [Journal Article] Aromatic hydrocarbon macrocycles for highly efficient organic light-emitting devices with single-layer architectures2016

    • Author(s)
      J. Y. Xue, T. Izumi, A. Yoshii, K. Ikemoto, T. Koretsune, R. Akashi, R. Arita, H. Taka, H. Kita, S. Sato, H. Isobe
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 7 Pages: 896

    • DOI

      10.1039/C5SC03807C

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Van Hove singularities on high-Tc superconductivity in H3S2016

    • Author(s)
      W. Sano, T. Koretsune, T. Tadano, R. Akashi, and R. Arita
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 094525

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.094525

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] First-principles study of the pressure and crystal-structure dependences of the superconducting transition temperature in compressed sulfur hydrides2015

    • Author(s)
      R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura, and R. Arita
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 91 Pages: 224513

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.224513

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Two-dimensional valley electrons and excitons in noncentrosymmetric 3R-MoS22015

    • Author(s)
      R. Akashi, M. Ochi, S. Bordacs, R. Suzuki, Y. Tokura, Y. Iwasa, and R. Arita
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 4 Pages: 014002

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.4.014002

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硫化水素超伝導の理論的研究の現状2016

    • Author(s)
      明石遼介
    • Organizer
      日本物理学会 2016年年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
    • Invited
  • [Presentation] Superconductivity in compressed sulfur hydride: Dependences on pressure, composition, and crystal structure from first principles2016

    • Author(s)
      R. Akashi
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 硫化水素における高温超伝導:第一原理計算の立場から2016

    • Author(s)
      明石遼介
    • Organizer
      第13回水素量子アトミクス研究会
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-02-18 – 2016-02-19
    • Invited
  • [Presentation] 第一原理計算に基づく高圧下硫化水素における超伝導の研究2016

    • Author(s)
      明石遼介
    • Organizer
      田仲研究室セミナー
    • Place of Presentation
      名古屋大学 東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-01-22 – 2016-01-22
    • Invited
  • [Presentation] 圧力下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算に基づく研究2015

    • Author(s)
      明石遼介
    • Organizer
      物性研短期研究会「低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2015-11-26 – 2015-11-28
    • Invited
  • [Presentation] First-Principles Study of the High-Tc Superconductivity in Compressed Sulfur Hydride2015

    • Author(s)
      R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura and R. Arita
    • Organizer
      28th International Symposium on Superconductivity(ISS2015)
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2015-11-16 – 2015-11-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stacking-based control of electron interlayer hopping: MoS2 and other materials2015

    • Author(s)
      R. Akashi, S. Tsuneyuki and R. Arita
    • Organizer
      Energy, Materials, Nanotechnology (EMN) Bangkok meeting
    • Place of Presentation
      Bangkok, Thailand
    • Year and Date
      2015-11-11 – 2015-11-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高圧下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算による解析2015

    • Author(s)
      明石遼介, 河村光晶, 常行真司, 野村悠祐, 有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] Density functional theory for plasmon-assisted superconductivity: Development and its applications2015

    • Author(s)
      R. Akashi
    • Organizer
      Psi-k 2015 conference
    • Place of Presentation
      San Sebastian, Spain
    • Year and Date
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fully non-empirical study on superconductivity in compressed sulfur hydrides2015

    • Author(s)
      R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura and R. Arita
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2015
    • Place of Presentation
      Geneva, Switzerland
    • Year and Date
      2015-08-22 – 2015-08-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高圧下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算による解析2015

    • Author(s)
      明石遼介
    • Organizer
      物性セミナー
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-07-24 – 2015-07-24
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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