バナジウム酸化物の金属非金属転移機構解明を目指した第一原理シミュレーション

• Project/Area Number: 04J10077
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 原子・分子・量子エレクトロニクス・プラズマ
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中村 和磨 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 第一原理計算 / 最大局在ワニア関数 / constrained LDA計算 / CNDO模型 / 電子励起状態計算 / 光学吸収スペクトル

Research Abstract

前年度までに、様々な系のモデルハミルトニアンを第一原理計算に基づいて構築(ダウンフォールディング)するためのプログラム開発を行い、東京大学物性研究所の「SR11000」にて高速稼動させる為のチューニングを行った。本年度は、このプログラムを、(i)3d遷移金属(Sc〜Cu)のオンサイト有効クーロン相互作用Uの化学傾向分析、(ii)遷移金属カルコゲナイドNiGa_2S_4の有効ハイゼンベルグ模型構築、(iii)分子製固体BETS-TTFの拡張ハバード模型構築、(iv)半導体及びwide-gap絶縁体のcomplete-neglect differential-overlap(CNDO)模型構築、などの様々な問題に適用し、開発手法の一般性・有効性を調べている。
模型構築がうまくなされたかどうかをチェックするために、得られた模型に対して実験観測量を計算するプログラムを開発した。具体的には電子励起スペクトルをsingle-excitation(SE) configuration interaction(CI)法のもとで計算するプログラムを開発した。CI法の固体の電子励起状態への適用は世界初である。テスト系としてGaAsを選び、CNDO-SECIスペクトルを計算し実験と比較したところ、ほぼ完全に実験を再現した。これらの結果より、私の開発したダウンフォールディングアプローチは、第一原理計算では直接取り扱えない問題(大規模系・強相関電子系・電子励起状態など)を間接的ではあるが非経験的に取り扱うことのできる有望な手法と思われる。現在、内外の研究者と協力して様々な系(遷移金属酸化物・分子性固体)への応用を行っている。

Research Products

• [Journal Article] First-principles calculation of effective onsite Coulomb interaction of 3d transition metals : Constrained local density functional approach with maximally localized Wannier function (2006)
  • Author(s): Kazuma Nakamura, Ryotaro Arita, Yosihide Yoshimoto, Shinji Tsuneyuki
  • Journal Title: Physical Review B (印刷中)
• [Journal Article] Effect of Trough space electron transfer on infrared spectrum of amorphous selenium (2005)
  • Author(s): Kazuma Nakamura, Shinji Tsuneyuki
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics 122 Pages: 194503-194503
• [Journal Article] Effect of Through-space electron transfer on infrared spectrum of amorphous selenium (2005)
  • Author(s): Kazuma Nakamura, Shinji Tsuneyuki
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics (発表予定)
• [Journal Article] First-principles calculation o effective onsite Coulomb interaction of 3d transition metals : Constrained local density functional approach with maximally localized Wannier function
  • Author(s): Kazuma Nakamura, Ryotaro Arita, Yosihide Yosimoto, Shinji Tsuneyuki
  • Journal Title: Physical Review Letter