2019 Fiscal Year Research-status Report
Development and application of the density functional approach with spin density magnetic dipole interaction
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18K04923
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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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁気異方性エネルギー / スピン軌道相互作用 / スピントロニクス / マルチフェロイクス / ノンコリニアスピン密度汎関数理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ノンコリニアスピン密度汎関数理論(NC-SDFT)の枠組みで磁気双極子相互作用(MDI)エネルギーを、スピン密度ともに自己無撞着に決定する計算手法の開発を行うとともに応用例を増やし、開発手法の有用性を証明する研究を行った。開発では、２次元エワルド法の表式を定式化、計算コードの実装、応用事例（1原子層孤立強磁性薄膜、Fe/MgO界面有する磁性薄膜、反強磁性MnPt薄膜）に続き、Co/Ni界面を有する面直磁化膜への応用計算を進めた。膜物質について、MDIを評価し、それと併せて結晶磁気異方性（MCAE）を同時に評価し、これまでの実験結果よく一致する計算結果を得た。本手法が多くの薄膜系の磁気異方性について、実験結果と直接比較できる高精度な計算手法であること証明することに成功した。またこの手法は、反強磁性薄膜やフェリ磁性薄膜についてもDMI評価可能な一般的な手法であるため、強磁性以外の磁性体での実験結果との比較に向けて、さらなる応用研究が期待される。
MDI評価計算と、ノンコリニアスピン密度の自己無撞着計算が同時に実行できる手法が開発されたことにより、さらに外部磁場印加下での電子状態計算が可能となった。密度汎関数理論に基づく計算手法としてはこれまでに実行されたことがない新しい手法であり、磁性研究の基本である磁場印加下で物性量を直接的に評価できる画期的なものである。FePt系薄膜を用いて磁気異方性を評価する研究を行ったが、その計算結果はパラメータを含むモデルで説明できるもので、もっともらしい結果を得た。
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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
磁性薄膜に対する研究実績では、磁性の関する学術雑誌に、応用研究事例に関する原著論文を出版するに至っており、研究は順調に推進されている。３次元エワルド法についても、連携研究者とともに平行して実装を推進しており磁気異方性エネルギー評価法の計算開発が進捗している。また外部磁場印加した場合の磁気異方性エネルギー評価についても、研究が進捗し、原著論文出版に至っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一に、MDIに由来するエネルギーの計算手法を確立し、NC-SDFTの枠組みで物質次元を問わず、磁気異方性を議論できる計算コードの開発を推進する。
第二に、その成果として、多くの種類の磁性物質で具体的にMDIに由来するエネルギーおよび、それによって現れる有効磁場を明らかにする。特に、反強磁性やフェリ磁性を含む応用および界面を含む応用を重点的に研究する。実験的応用例と関連して必要であるならば反強磁性等の磁気異方性の電界効果についても研究を進める。
第三に、磁気異方性に関する他の起源や要因に関係する相互作用について、理論展開および計算手法についての検討を行い、調査研究を推進し、磁性科学の知見を深めると同時に、実際の実験に頼らない具体的な磁気異方性評価方法の開発を推進する。
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| Causes of Carryover |
当該年度に執筆を開始した原著論文原稿の脱稿が若干遅れているため、予定していた出版登録料が未使用となった。次年度中に出版可能な見込みで、研究成果を出版するために使用する予定である。
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