2020 Fiscal Year Research-status Report
Search and creation of flat band compounds by first principles calculation
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19K03731
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
長谷 泉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00357774)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳澤 孝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (90344217)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フラットバンド / 強磁性 / パイロクロア酸化物 / パイロクロア格子 / トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究を通じて得られた当該年度の成果は主に以下の通りである。
(1)昨年度までに探索したパイロクロア化合物のうち、強いトポロジカル絶縁体になりうる化合物はSn2Nb2O7のみであった。今年度はSn2Nb2O7以外のトポロジカル絶縁体候補を見つけるべく、データベースを超えた範囲の探索を行った。その結果、仮想物質Sn2Zr2O7においてはスピン軌道相互結合λの符号が負になったが、肝心のフラットバンド性が損なわれた。またIn2Nb2O7においてはフラットバンド性は保たれるがλの符号は正になる。混晶系(In,Sn)2(Zr,Nb)2O7においてはフラットバンド性が保たれ、かつλの符号も負になり、トポロジカル絶縁体候補になることを提案した。パイロクロア格子上の単一軌道からなる等方的tight-binding模型においてはトポロジカル絶縁体が実現するはずであるが、既存のパイロクロア化合物はdバンドやfバンドを含むためにこの条件を満たしていなかった。今回の成果は、現実の系と上記理論模型を橋渡しするものと位置付けられる。
(2)これまでのフラットバンド強磁性の研究成果を書籍の形にまとめて出版した。遍歴磁性の起源から掘り起こし、理想的なフラットバンド模型においてはある電子濃度で、任意の電子間反発について基底状態が厳密に強磁性になること、有限の分散がある場合も数値計算で強磁性の領域があること、Sn2Nb2O7など多くの「非磁性（磁性元素を含まないと言う意味で）」物質でこの条件が満たされている可能性があることなどを概説した。
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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
本年度はこれまでの研究で得られた知見を書籍の形にまとめることが出来た。また、物質探索の範囲を広げることで強磁性のみならずトポロジカル絶縁体の候補物質も見つけ出すことが出来た。強磁性物質探索においてボトルネックになっているキャリアドープの問題に対して、バンドギャップを潰してセルフドープを起こさせるという着想を得た。現実の物質でこのセルフドープが実現しているという計算結果を得た。現在論文化を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
強磁性物質探索においてボトルネックになっているキャリアドープの問題に対して、バンドギャップを潰してセルフドープを起こさせるという着想を得た。現実の物質でこのセルフドープが実現しているという計算結果を得ていて、今年度はまずこの結果を論文発表する予定である。また、トポロジカル絶縁体の証拠となるエッジ状態を明示的に表せる計算コードを導入する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で学会などの出張が中止になり、また新規計算機サーバーの購入も見送ったため、次年度使用額が生じた。 次年度使用計画としては、新規計算機サーバーの購入や、もし情勢が落ち着けば国際学会への参加を考えている。
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