2018 Fiscal Year Research-status Report

第一原理計算に基づく多面的なアプローチによる超伝導物質探索

Research Project

Project/Area Number	18K03442
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	是常隆東北大学, 理学研究科, 准教授 (90391953)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超伝導 / 第一原理計算 / 物質探索
Outline of Annual Research Achievements	これまでに利用されてきた超伝導転移温度の計算手法の精度向上と自動化を目指して研究を進めた。特に、まず、超伝導転移温度の計算の際に必要となるクーロン相互作用の計算の自動化に取り組み、基本的な場合の自動化に成功した。これにより、第一原理計算に基づいた電子格子相互作用、クーロン相互作用の計算を両方自動化できたことになる。現在、この手法を用いて系統的かつ非経験的な超伝導転移温度の計算を進め、データの構築を行っている。また、超伝導転移温度を計算する上で最も基本的な方程式であるEliashberg方程式を低温まで精度よく解くための手法について検討を行い、計算コスト、メモリとも現実的な範囲で計算できる目処がたった。今後、この手法を実装することで、どんな物質でもEliashberg方程式から転移温度を計算することが可能になると考えている。また、実験に対応する計算として、立方晶SnInTeSeにおいて、組成を変化させたときの超伝導転移温度の理論と実験の比較を行った。この際、組成を変化させたときの状況をうまく内挿する手法を開発し、理論と実験が大まかに一致することなどを明らかにした。この物質は組成を中途半端に混ぜたところで最も転移温度が高くなるため、このような系の傾向を再現できたことは、今後の物質探索を進める上においても重要な結果であると考えている。さらに、物質探索の際に必要となる物質の特徴量を抽出することを目的として、第一原理計算からタイトバインディング模型に落とすwannier90と呼ばれるプログラムの改良も行った。この成果の一部は2019年の年初にリリースされたwannier90のバージョン３に取り込まれている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 超伝導転移温度の計算手法に関して、計算の自動化、および精度向上の両面において進展があった。また、従来の手法を用いた実験との比較もおおむね良好であり、本手法開発を進めることで、物質探索にもつながること期待されるため。
Strategy for Future Research Activity	まず、Eliashbergの低温での計算手法を実装する。これにより、プラズモンの寄与など、クーロン相互作用の動的な寄与も考慮できるため、それらの効果をEliashberg方程式の立場から明らかにする。また、計算の自動化については、うまくいかない場合の検証を行い、自動化の精度を高める。これにより、超伝導転移温度のデータベース構築を進め、物質探索を進める。対象としては、構造探査の手法も取り入れ、新規物質の探索も目指す。
Causes of Carryover	学内業務の影響で、予定していた国際会議の参加を見送ったため。次年度に同じ国際会議への参加を予定している。