Ab initio materials desigin of multipolonics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04437
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Arita Ryotaro 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (80332592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547) ; 袖山 慶太郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, グループリーダー (40386610) ; 是常 隆 東北大学, 理学研究科, 教授 (90391953)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: 第一原理計算 / 磁気構造予測 / 機能磁性体探索 / 異常ホール効果 / 異常ネルンスト効果 / スピン結晶群 / トンネル磁気効果

Outline of Final Research Achievements

We applied cluster multipole theory to predict the magnetic structure of antiferromagnetic materials and combined it with first-principles high-throughput calculations to explore and design functional antiferromagnetic materials. Actual synthesis was performed on three compounds of iron, manganese, and cobalt, and it was confirmed that they indeed exhibit anomalous transverse conductivity. In addition, theoretical studies on switching of magnetic order by electric current and tunneling magnetoresistance in antiferromagnetic materials were conducted. Furthermore, by focusing on spin space groups that exclude the constraints imposed by spin-orbit interaction, we developed a method to identify properties driven by non-trivial magnetic structures conveniently.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁気転移を起こすことが知られている物質は数多くあるものの、磁気構造まで明らかになっている物質は限られている。実験的にも磁気構造の決定は難しい問題であるし、理論的にも与えられた結晶構造に対して、どのような磁気構造が実現するかを予言するには膨大な計算コストがかかる。本研究では効率的な磁気構造予測の方法を開発し、第一原理ハイスループット計算と組み合わせることで異常横伝導を示す反強磁性体の探索に成功した。この取り組みは今後社会に変革をもたらす磁性体の設計につながる重要な一歩となることが期待される。