Critical phenomena of metal-insulator transition in disordered impurity systems: Effects of spin and compensation
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22K03449
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
原嶋 庸介 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (90748203)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 金属絶縁体転移 / Anderson局在 / 臨界現象 / 半導体 / 不純物 / 密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 不規則系 |
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| Outline of Research at the Start |
半導体中の不純物濃度の変化により金属状態と絶縁体状態の間で相転移が生じる。この相転移に付随する臨界指数には、実験で2つの異なる値が発現することが知られており、これはexponent puzzleと呼ばれている。本研究ではスピン自由度と不純物の補償効果が臨界指数に与える影響を検証し、exponent puzzleの原因を解明することが目的である。不規則に不純物が並んだ系でスピンを考慮した計算を密度汎関数理論に基づいて行い、さらにドナーとアクセプターを同時に導入することで補償効果を扱う。本研究から、スピンおよび補償が量子輸送現象における本質的な要素であるかを明らかになると期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は半導体中の不純物濃度の変化により生じる金属絶縁体転移の臨界現象に対する理論研究である。特にexponent puzzleと呼ばれる、臨界指数に対して実験で提案されている2つの値について、そのメカニズムを明らかにするために、スピンの自由度を考慮した系と補償効果を考慮した系の解析を行う。本研究ではスピン自由度の効果と補償効果を取り入れるために、ドナー不純物およびアクセプタ不純物が3次元空間上で不規則に配置された系を考え、密度汎関数理論に基づき電子状態を求める。交換相関汎関数には局所密度近似を用いる。電子状態の局在性の評価にはmultifractal exponentを用いた。2023年度は、2022年度に実施したスピンを考慮した系の計算結果を用いて有限サイズスケーリングを行い、臨界指数を求めた。異なるシステムサイズに対してmultifractal exponentをプロットしたところ、特定の濃度一点で交差せず、irrelevantなスケーリング変数の影響が大きいことがわかったので、有限サイズスケーリング解析を行う際にirrelevantなスケーリング変数の効果を取り入れた解析を行った。その結果、臨界指数0.23という値が得られた。これは実験から得られている2つの値のどちらとも一致せず、また、これまでに理論的に得られている値ともかけ離れている。現在、0.23という値が得られたメカニズムについて解析、考察を進めると同時に、論文執筆作業を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
スピンを考慮した系の臨界指数の計算を達成した。現在、こちらについて論文執筆作業を進めている。今年度実施予定の補償系の計算について、前年度の解析から収束性について課題があることがわかったので、引き続き対処し、データ取集に取り組む。しかし、有限サイズスケーリング解析にirrelevantなスケーリング変数の効果が予想より大きく影響することがわかり、その対処に時間がかかってしまったため、補償系の計算が想定より進まなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、補償系のデータ収集を開始し、データの取得を行う。まずはスピン自由度の固定などの計算の収束方法について検討し、収束の安定性を向上させる。データを取得後、補償系の臨界指数の解析をスピン系と同様に行う予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
