2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a first-principles calculation method incorporating magnetic-field effects and its application to the analysis of magnetic phenomena
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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, 先進理工系科学研究科(先), 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 | ラシュバ効果 / グラフェン / g因子 / 電流密度汎関数理論 / 磁場下固体 / 量子ホール効果 / 磁場下超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，グラフェン中の電子の有効g因子が自由電子のg因子よりも小さくなることが，電子スピン共鳴の実験から明らかにされました。しかし，グラフェンにおける有効ｇ因子減少のメカニズムはこれまで解明されていませんでした。本年度は，非対称表面ポテンシャルによるラシュバ効果が有効g因子に与える影響について考察しました。具体的には，磁場下グラフェンを磁場が印加された擬二次元電子として扱い，近似的に求めた非対称表面ポテンシャルにより発現するラシュバ効果が有効ｇ因子に与える影響を計算しました。その結果，ラシュバ効果が有効ｇ因子減少の主要因であることを明らかにしました。さらに，非対称表面ポテンシャルによるラシュバ効果を，非摂動MFRTB法に取り込むための定式化を行いました。
また，「拡張MFRTB法」を用いて磁場下固体の電子構造を基礎に量子ホール効果の再考を行うために，「拡張MFRTB法」によって得られる磁気的ブロッホ関数から異常速度を計算するための定式化を行いました。
昨年度までに開発した磁場下超伝導体に対する電流密度汎関数理論は，マイスナー効果を記述できる唯一の第一原理計算理論です。今年度は，電子間に働く引力相互作用の磁場依存性を考慮に入れ，本理論を磁場下アルミニウム，スズ，インジウムに適用しました。超伝導ギャップの磁場と温度依存性は，それぞれの場合でよく再現されることが確認されました。超伝導ギャップが磁場とともに減少する原因は，電子間に働く引力相互作用が磁場とともに減少ためであることを明らかにしました。本計算手法では磁場下固体の常伝導状態における電子状態を利用するド・ジャン近似を用いています。常伝導状態における電子状態の計算には「非摂動MFRTB法」を利用することができます。これは当初の研究計画には記載されていませんでしたが，本研究課題の発展・応用として行いました。
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