Development of ab-initio spin dynamics simulator and its application to spintronics materials

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05303
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Sato Kazunori 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60379097)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 計算機マテリアルデザイン / 不規則系 / コヒーレントポテンシャル近似 / 磁気熱量効果 / 発光中心 / 準粒子セルフコンシステントGW法 / 密度汎関数法 / ハイエントロピー合金

Outline of Final Research Achievements

Regarding the calculation of material properties related to excited states, we have developed and applied a multi-scale simulation method for the following three points.
(1) Quantitative simulation and material design of magnetocaloric materials by effective exchange interaction calculation by KKR-CPA method and Monte Carlo simulation of finite temperature magnetism. (2) Calculation of elastic constants of high entropy alloy (HEA) by FPKKR-CPA method and model construction by machine learning. Calculation of interatomic interaction and simulation of atomic configuration at finite temperature of HEA by Monte Carlo method. (3) Evaluation of excitation properties and material design of rare earth-doped semiconductors and oxide systems containing transition metals based on QSGW calculations and ligand field theory.

Free Research Field

第一原理電子状態計算

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

効率的な新規機能性材料のマテリアルデザインのために、第一原理電子状態計算に基づく材料探索が精力的に実施されている。しかし、通常の第一原理計算は材料の基底状態の(絶対０度での)特性は精度良く計算できるが、実際の応用において重要となる有限温度での特性については直接計算することができない。本研究では、第一原理計算と物理系を表すモデルを組み合わせた多階層連結法を開発し、磁気熱量効果材料、ハイエントロピー合金、希土類添加半導体、遷移金属発光中心などの機能性材料について、有限温度での性質や励起状態の特性を理論的に予測してマテリアルデザインに応用できることを示した。