2018 Fiscal Year Research-status Report
磁場効果を取り込んだ第一原理計算手法の開発とそれを用いた磁気現象の解析
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18K03461
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
樋口 克彦 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (20325145)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 雅彦 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (10292202)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 非摂動 / 相対論的強束縛近似 / 磁場効果 / パイエルス位相 / パッシェン・バック効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は、目的１の「パイエルス位相を超えた磁場効果を取り込んだ「拡張MFRTB法」の開発」を行いました。開発済のMFRTB法では、磁場の効果を最低次の摂動論で見積もっています。その結果、 MFRTB法で扱う「磁場下相対論的とび移り積分」は、相対論的とび移り積分にパイエルス位相と呼ばれる磁場に依存した位相因子をかけた形で近似されています。また、磁場下固体に対するハミルトニアン行列には異常ゼーマン効果が取り込まれた形式になっています。
2018年度は、変分法を用いることで磁場の効果を高次まで取り込んだ「非摂動MFRTB法」（研究計画調書では、拡張MFRTB法と表記していたもの）を開発しました。これにより、磁場下固体に対するハミルトニアン行列に、従来のMFRTB法にも含まれていた異常ゼーマン効果に加えてパッシェン・バック効果の取り込みができるようになりました。また、磁場による軌道の混成効果を取り込むことができるようになり、その結果、磁場下飛び移り積分の近似形として広く用いられているパイエルス位相因子を用いた近似を超えた近似を得ました。このように、2018年度は目的１を予定通り完了することができました。
また2018年度は、構築した「非摂動MFRTB法」に基づく電子構造計算のためのプログラム開発も行いました。さらに開発したプログラムによるテスト計算として、磁場下結晶シリコンの電子構造計算を行いました。その結果、「非摂動MFRTB法」における磁場効果の高次項の取り込みにより、実験室レベルの磁場領域でも電子構造が補正されることを明らかにしました。特に、パイエルス位相因子を用いた近似を超えた近似を用いることで、シリコンの価電子帯の状態が変化する様子を明らかにしました。
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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
当初の予定通り目的1を完了し、さらにプログラム開発およびテスト計算も終了し、目的2-目的4の遂行に向けて順調に進んでいる。目的3に関しては現段階で着手し、結果も出ており、当初の計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、2018年度に開発をした「非摂動MFRTB法」およびそれに基づく電子構造計算プログラムを用いて、目的3の「スピントロニクス材料のg因子の理論予測」を進めたいと考えています。ターゲット物質としてはスピントロニクス材料として注目されているグラフェンとします。
グラフェンの電子のg因子が自由電子のそれよりも小さくなることが，電子スピン共鳴の実験グループにより最近報告され，高い注目を集めています。実験で観測されるg因子は，スピン軌道相互作用による有効磁場の影響により，自由電子のg因子の値から変化します。昨年度開発した「非摂動MFRTB法」は磁場下固体中の電子に対するDirac方程式を解く手法なので，スピン軌道相互作用は自然な形で含まれています。従って，磁場効果の取り込みの改善と合わせて考えれば，「非摂動MFRTB法」はg因子の高精度な理論予測に有効だと思われます。今年度は，グラフェンにおける電子のg因子の理論予測を行います。グラフェンにおいて報告されている低いg因子(g=1.94-1.95)[12]の起源の理論的な解明を目指します。
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