2020 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical analyses of phonon-related properties of layered materials and their local structures
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19H02544
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
渡邉 聡 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00292772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南谷 英美 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 准教授 (00457003)
清水 康司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00838378)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 層状物質 / フォノン / 電子フォノン相互作用 / 第一原理計算 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、（１）電子フォノン相互作用の高精度計算、（２）歪・欠陥等の存在下でのフォノン関連物性の評価、（３）フォノン関連物性に対する機械学習の応用、の3点を中心に研究を実施し、以下の成果を得た。
（１）電子フォノン相互作用の高精度計算：前年度に、グラフェンについて少ないk点数では十分な精度が得られない原因が電子バンド交差時にバンドの対応付けが正しくなくなってしまうことがあることに起因することを見出し、隣接k点間の波動関数の重なり具合をもとにバンドの対応付けを補正する方法を考案したが、本年度、同様の補正がフォノンバンドについても必要であることを見出し、これを解決するプログラム実装を行った。これにより大部分のケースで電子フォノン相互作用行列要素の計算精度を大幅に向上できた。しかしまだ補正しきれていないケースが若干残っており、この解決は今後の課題である。
（２）歪・欠陥等の存在下でのフォノン関連物性の評価：Li添加2層MoS2において引張歪・圧縮歪の両方で超伝導転移温度が上昇することを前年度見出したが、これについて解析を進め、歪の向きにより超伝導転移温度上昇の機構が異なることを明らかにした。次に単層ZrS2についても歪みの影響を解析し、圧縮ひずみで金属化するがCDW転移により2×2周期で新たな安定相をとること、および歪の調整によりCDWと超伝導の共存状態が現れる可能性があることを見出した。
（３）フォノン関連物性に対する機械学習の応用：熱伝導率を十分な精度で評価できるニューラルネットワーク原子間ポテンシャル（NNP）の作成に引き続き取り組んだ。ダイヤモンドとグラファイトの両方の熱伝導率について第一原理計算とよく一致するNNPの作成に成功した他、Li-Au合金系等、他のいくつかの系についてもNNPの作成に取り組み、高精度なポテンシャルを作成する手法を確立しつつある。
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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
計画していた（１）電子フォノン相互作用の高精度計算、（２）歪・欠陥等の存在下でのフォノン関連物性の評価、（３）フォノン関連物性に対する機械学習の応用のいずれについても、「研究実績の概要」の項に記載した通り、一定の進展が見られた。よって、研究はおおむね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）電子フォノン相互作用の高精度計算については、精度の改善が着実に進んでいるものの、一部のケースで考案した方法がうまく機能していない。そこで、まずこの問題の解決に注力する。次に、グラファイトだけでなく、単層・二層グラフェンをはじめ、他の2次元物質に対し考案した方法を適用し、信頼頼性と高速性の両立を確認する。
（２）歪・欠陥等の存在下でのフォノン関連物性の評価については、単層ZrS2のCDWおよび超伝導に対する歪みの影響の解析をさらに進め、この研究を完成させるとともに、他の2次元物質について熱伝導特性や超伝導特性の計算を進める。
（３）フォノン関連物性に対する機械学習の応用については、ニューラルネットワークポテンシャルに関する最近の世界的な研究状況に鑑み、多元系を含め、欠陥・界面等を含む場合等の多様な構造に対して十分な精度を有するポテンシャルを効率的に作成する方法の確立にまず取り組む。
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