2014 Fiscal Year Research-status Report
f電子系の第一原理計算手法開発と磁気異方性評価への応用
| Project/Area Number |
26400330
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
赤井 久純 東京大学, 物性研究所, 特任教授 (70124873)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | f電子系 / 磁気異方性 / 自己相互作用 / 最適化有効ポテンシャル / 交換相互作用パラメータ / 超微細磁場 / 非局所ポテンシャル / 国際情報交換 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
f電子系の電子状態を扱うために, （1）自己相互作用補正をKKRグリーン関数法に対して全エネルギーなまで含めて正しく取り入れたコードを完成、（2）静的RPAレベルの相関功を取り入れた最適化有効ポテンシャル法を開発した。（1）に関しては、Sm2Fe17N3系永久磁石材料について、磁気異方性を計算するとともに、Nを導入することにより磁気異方性が面内から強い一軸性に変化する機構を、Nのp状態とSmのf状態の混成効果により説明した。また、Fe間、Sm間およびSm-Fe間の交換相互作用パラメータを計算し、磁気転移温度の評価を行った。得られた結果は実験的に得られている、磁気異方性のN濃度依存性、キュリー温度を良く説明するものである。これらのことより、Smのf状態は多くの計算で仮定されているようなコア状態ではなく、周囲のイオンと化学結合を持つある程度広がったてバンドの形成に寄与する状態であることが結論された。また、同様の計算をNd2Fe14Bに対しても行い、交換相互作用パラメータを計算するとともに、メスバウアー、NMR等で観測可能なNdおよびFeの超微細相互作用磁場の計算を行った。（2）に関しては最適化有効ポテンシャル法の再定式化を行い、これまでは定式化に不備があったために取り扱いが不可能であったスピン分極した系に対しても最適化有効ポテンシャル法が適用できるようにした。現在、f電子系へ適用するためのコードの整備を開始している段階である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
f電子系の記述に関して、自己相互作用補正を取り入れた方法および最適化有効ポテンシャルの方法を開発し、実際にそれらを適用することによってその有効性を確認し、当初の計画を達せする事ができた。最適化有効ポテンシャルに関しては、定式化の上で新たな進展があったが、自己相互作用補正はすでにある程度確立した方法であり、その意味ではやや新規性に乏しい。新たなアイデアである非局所ポテンシャルの導入に関しては、定式化は順調に進めているが、まだ確立した手法としてテスト計算を行い有効性を実証する段階には至っておらず、当初の計画以上の進展とは言えない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
複数の異なった交換相互作用から有効ポテンシャルを構成するハイプリッド有効ポテンシャルの考え方を用い、f電子以外はLDAによるポテンシャル、f電子はf軌道を用いて作った交換相関ポテンシャルを用いた手法を開発する。f軌道に対する交換相関ポテンシャルとしては26年度までに完成した厳密交換項および静的RPAレベルを用いた最適化有効ポテンシャル法を用いる。これらの手法を組み込んだ計算機コードの整備をはかるとともに、応用計算を開始する。ターゲットとするのは希土類元素を含んだ永久磁石材料である。永久磁石の性能を決めるのは、ア）体積当たりの磁化の大きさ、イ）保磁力の大きさ、ウ）高温での磁気特性、等である。イ）の保磁力の発現には磁気異方性の存在が必須であるが、これに関して、希土類磁石ではf電子が決定的な役割を担っている。古典的な結晶場理論を超えた定量的な記述を、本研究で開発した手法を用いて行っていく。高温での磁気特性について、鉄が主として磁性を担う磁性体に関しては、磁化の温度変化を議論する有効な方法は確立してきている。しかし磁気異方性については、その機構さえ明らかにされていない。本研究で開発する手法においては軌道分極間の相互作用が第一原理的に扱えるようになるので、有限温度への理論拡張を（有限温度磁性の取り扱いと同じ程度までは）可能にする。これらの手法を駆使して永久磁石の基礎理論の確立とデザインをめざす。
|
| Causes of Carryover |
新規開発のコードのテスト計算を行うためのPCクラスターを購入予定であったが、定式化と各部分のコード開発に終始したため、本格的なテスト計算が次年度にずれ込んだ。このためPCクラスター急ぎ購入する必要がなくなった。また、海外研究協力者（小倉昌子、フバート・エバート、ドイツ）との研究打合せと議論のために2度にわたるドイツへの出張が必要となったため物品購入の優先度を下げ、この結果、十分な機能をそなえたPC
クラスターの購入のための資金が不足した。これらの理由から物品については次年度に購入することとした。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
f状態を最適化有効ポテンシャル法で扱うための新規開発のコードのテスト計算を行うため、小型PCクラスターの購入を予定している。同じ機械は、希土類磁石材料の磁気交換相互作用、磁気異方性の計算のためにも用いる。また、海外協力研究者（小倉昌子、フバート・エバート、ドイツ）との研究打合せおよび研究成果発表のためにPsi-k国際会議（9月、サンセバスチャン、スペイン）への参加を予定している。
|
