有効模型データベースを用いた機能性物質の探索と設計

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K03447
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 是常 隆 東北大学, 理学研究科, 准教授 (90391953)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 有効模型 / 第一原理計算 / 対称性

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，まず，対称性を用いた有効模型構築手法を確立し，それをデータベース構築に適用した。具体的には，有効模型を構築する際に必要となる計算を対称性を用いて高速化し，さらに得られるデータも対称性を用いて圧縮することにより，これまでよりはるかに多くの物質を計算可能とした。現在この手法により有効模型データベース構築を進めており，既にこれまでの倍以上のデータの生成蓄積を行っている。また，得られる有効模型にも対称性の制限をかけることで，対称性を保ったまま有効模型を構築する技術を確立した。同様の手法はこれまでにも提案されていたが，新しい手法では，フェルミ準位近傍のバンドは必ず再現するような制限を同時にかけることが可能なため，フェルミ準位近傍の電子状態を再現する対称性を保った模型を汎用的に作ることが可能となった。これは，トポロジカル物質探査などにおける対称性の解析で有益に働くほか，様々な物理量の計算に対称性を用いた高速化を行う上でも重要となる。これらの成果は論文として出版したほか，github上でコードを公開しており，現在Wannier90への取り込みにむけて調整を進めているところである。
また，有効模型をベースに久保公式を用いて輸送係数などの物理量を計算する手法の開発も進めている。特に，虚時間方向のデータ圧縮を利用することで様々な計算を高速化するとともに，電気伝導度などの解析接続の方法についても検証を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

対称性を用いた有効模型構築手法の確立に成功しており，有効模型のデータベースも着実に拡充を進めている。
また，有効模型をベースに様々な物理量を計算するコードの整備も進んでおり，虚時間方向のデータ圧縮の活用や解析接続の手法についても順調に検証が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

有効模型データベースの拡充を続けるとともに，そのデータの検証方法についても改善を進めていく。また，このデータベースを用いて様々な物理量を計算することで，物質探索を進めていく。物理量の計算としては，前年度に引き続き久保公式に基づく手法の開発を進めていく。特にコヒーレントポテンシャル近似や動的平均場近似を融合していくことで，混晶系や強相関系への拡張も視野にいれていく。
対称性を用いた有効模型構築手法については，現在最も幅広く利用されているWannier90というコードに取り込むため，Wannier90の主要な開発者らとも連携してコード整備を進めていく。

Causes of Carryover

予定より出張回数が少なかったため，次年度に研究うち合わせや成果発表などの出張旅費として使用する

Research Products

• [Journal Article] Importance of self-consistency in first-principles Eliashberg calculation for superconducting transition temperature (2023)
  • Author(s): Wang Tianchun、Nomoto Takuya、Koretsune Takashi、Arita Ryotaro
  • Journal Title: Journal of Physics and Chemistry of Solids Volume: 178 Pages: 111348～111348
  • DOI: 10.1016/j.jpcs.2023.111348
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast Dynamics of Intrinsic Anomalous Hall Effect in the Topological Antiferromagnet Mn3Sn (2023)
  • Author(s): Matsuda Takuya、Higo Tomoya、Koretsune Takashi、Kanda Natsuki、Hirai Yoshua、Peng Hanyi、Matsuo Takumi、Yoshikawa Naotaka、Shimano Ryo、Nakatsuji Satoru、Matsunaga Ryusuke
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Pages: 126302-1~6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.126302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of maximally-localized Wannier functions using crystal symmetry (2023)
  • Author(s): Koretsune Takashi
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 285 Pages: 108645～108645
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2022.108645
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] sparse-ir: Optimal compression and sparse sampling of many-body propagators (2023)
  • Author(s): Wallerberger Markus、Badr Samuel、Hoshino Shintaro、Huber Sebastian、Kakizawa Fumiya、Koretsune Takashi、Nagai Yuki、Nogaki Kosuke、Nomoto Takuya、Mori Hitoshi、Otsuki Junya、Ozaki Soshun、Plaikner Thomas、Sakurai Rihito、Vogel Constanze、Witt Niklas、Yoshimi Kazuyoshi、Shinaoka Hiroshi
  • Journal Title: SoftwareX Volume: 21 Pages: 101266～101266
  • DOI: 10.1016/j.softx.2022.101266
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Topological Nernst effect emerging from real-space gauge field and thermal fluctuations in a magnetic skyrmion lattice (2022)
  • Author(s): Oike H.、Ebino T.、Koretsune T.、Kikkawa A.、Hirschberger M.、Taguchi Y.、Tokura Y.、Kagawa F.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 106 Pages: 214425-1~6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.214425
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Construction of MLWF using crystal symmetry (2022)
  • Author(s): Takashi Koretsune
  • Organizer: Wannier 2022 developers meeting
  • Int'l Joint Research