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第一原理電子構造理論と電子多体問題の手法の融合

研究課題

研究課題/領域番号 14540352
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性一般(含基礎論)
研究機関東京大学

研究代表者

藤原 毅夫  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90011113)

研究分担者 山元 進  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30262041)
星 健夫  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80272384)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2004年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2002年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワードLDA+U法 / GW近似 / DMFT+LDA / クーロン相互作用 / 密度揺らぎ / 金属-絶縁体転移 / LaMnO_3 / 並列計算 / 動的平均場近似 / 逐次摂動近似 / 金属絶縁体転移 / 電子間クーロン相互作用 / 動的遮蔽 / 軌道縮重 / GW法 / 逐次摂動公式 / クローン相互作用 / Ni系層状化合物 / 軌道縮退
研究概要

密度汎関数論理と多体電子論の融合を目的として、以下のことを行った。
(1)LDA+U法の開発と応用(密度汎関数の枠内で電子間クーロン相互作用による、電子密度およびスピン密度の大きな揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の開発と応用)
:第一原理電子構造計算を強相関系に取り入れるもっとも容易な方法として発展してきたLDA+U法により、La_<1-X>Sr_XNiO_4を調べた。結果的にこの系はLDA+Uで解析できるものではなく、現在は「軌道縮退のあるハバードモデルでの厳密対角化」の方法による研究に発展している。
(2)GW近似の新しい展開と応用(多電子問題の論理の枠内で、摂動展開によって電子密度の動的な揺らぎによる遮蔽効果を取り入れた方法論の開発と応用)
:遷移金属、遷移金属酸化物、Hf0その他の系でGW近似を適用し、また誘電関数、エネルギー損失スペクトルなどを計算し、実験とよい一致を得た。さらにスペクトルを解析し、それぞれのピークの起源を明らかにした。さらに単位胞により多くの原子を含む反強磁性LaMnO_3は系が大きくなって、従来、GW法では計算できなかった。計算手法を改善し、実質的に計算スピードを50倍以上とし、これらの系を計算できるようにした。その結果、バンドギャップおよびスペクトル形状ともに実験をよく説明する結果を得た。またエネルギーに依存したオンサイトおよびオフサイト・クローンエネルギーを求めた。酸素からMnへの励起による電子一正孔対による遮蔽が10〜20eV程度の領域で大きなエネルギー依存性の起源になっていることを見出した。
(3)DMFT+LDA(クーロン相互作用に基づく電子密度およびスピン密度の大きな揺らぎに注目した多体電子系の方法論である動的平均場理論と第一原理電子構造計算手法の融合と応用)
:DMFTを用いて軌道縮退がある場合の金属-絶縁体転移に伴う臨界的なU/W(クーロン相互作用U・バンド幅W)依存性を計算した。従来いわれているような軌道縮重によりU/Wが大きくなるのではなく、格子構造が重要であることを見出した。またs,p,d,軌道を同じように取り入れた方法を逐次摂動近似の枠内で定式化し、プログラムを開発した。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (18件) 図書 (1件) 文献書誌 (13件)

  • [雑誌論文] Orbital Nature of Ferromagnetic Magnons in Manganites2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Endoh, H.Hiraka, Y.Tomioka, Y.Tokura, N.Nagaosa, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Orbital Nature of Ferromagnetic Magnons in Manganites2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Endoh, H.Hiraka, Y.Tomioka, Y.Tokura, N.Nagaosa, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 94

      ページ: 17206-17206

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Large scale electronic structure calculations-Fracture and surface reconstruction on Silicon2005

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara, T.Hoshi, R.Takayama, Y.Iguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of ICCP6 and CCP2003 (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Electronic structure around As antisite near (110) surface of GaAs2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Iguchi, T.Fujiwara, A.Hida, K.Maeda
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B. (印刷中)(to be published)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Orbital Nature of Ferromagnetic Magnons in Manganite2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Endoh, H.Hiraka, Y.Tomioka, Y.Tokura, N.Nagaosa, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 94巻1号

      ページ: 17206-17206

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Krylov Subspace Method for Molecular Dynamics Simulation based on Large-Scale Electronic Strecture Theory2004

    • 著者名/発表者名
      R.Takayama, T.Hoshi, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73巻6号

      ページ: 1519-1524

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Ab initio studies on chemical bonding in Cd- and Zn- quasicrystals2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Ishii, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Non-crystalline Solids 334巻

      ページ: 336-341

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 第一原理計算における動的平均場近似法の展開と応用2004

    • 著者名/発表者名
      藤原毅夫
    • 雑誌名

      固体物理 39巻11月号

      ページ: 722-730

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Electronic structure and dielectric properties of cubic zirconia2003

    • 著者名/発表者名
      S.Kobayashi, A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 42

      ページ: 6946-6950

    • NAID

      10012564259

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Generalization of the iterative perturbation theory and metal-insulator transition in multi-orbital Hubbard bands2003

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara, S.Yamamoto, Y.Ishii
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 72

      ページ: 777-780

    • NAID

      110001954437

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic Structure of transition metal Fe, Ni and Cu in the GW approximation2003

    • 著者名/発表者名
      A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 72

      ページ: 607-610

    • NAID

      110001974267

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic structure and dielectric properties of cubic zirconia2003

    • 著者名/発表者名
      S.Kobayashi, A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.42 No.11

      ページ: 6946-6950

    • NAID

      10012564259

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Generalization of the iterative perturbation theory and metal-insulator transition in multi-orbital Hubbard bands2003

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara, S.Yamamoto, Y.Ishii
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn vol.72

      ページ: 777-780

    • NAID

      110001954437

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic Structure of transition metal Fe,Ni and Cu in the GW approximation2003

    • 著者名/発表者名
      A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn vol.72

      ページ: 607-610

    • NAID

      110001974267

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Charge and spin order in RNiO_3 (R=Nd, Y) by LSDA+U method2002

    • 著者名/発表者名
      S.Yamamoto, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 71

      ページ: 1226-1229

    • NAID

      110001971706

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic Structure of oxides MO (M=Mg, Ca, Ti, V) in the GW approximation2002

    • 著者名/発表者名
      A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Physical Review B 66

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Charge and spin order in RNiO_3 (R=Nd,Y) by LSDA+U method2002

    • 著者名/発表者名
      S.Yamamoto, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn vol.71

      ページ: 1226-1229

    • NAID

      110001971706

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic Structure of oxides MO (M=Mg,Ca,Ti,V) in the GW approximation2002

    • 著者名/発表者名
      A.Yamasaki, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 66

      ページ: 245108-245108

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] Fromtiers on Physics(Theory for large scale electronic structure calculations-Fracture and surface reconstruction on Silicon)2005

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara, T.Hoshi, R.Takayama
    • 出版者
      Imperial College Press(印刷中)
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Atsushi Yamasaki, Takeo Fujiwara: "Electronic Structure of transition metal Fe, Ni and Cu in the GW approximation"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.3. 607-610 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takeo Fujiwara, Susumu Yamamoto, Yasushi Ishii: "Generalization of the iterative perturbation theory and metal-insulator transition in multi-orbital Hubbard bands"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.4. 777-780 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kobayashi, A.Yamasaki, T.Fujiwara: "Electronic structure and dielectric properties of cubic zirconia"Jpn.J.Appl.Phys. vol.42,No.11. 6946-6950 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takeo Hoshi, Takeo Fujiwara: "Large-scale electronic structure theory and surface formation process in nano-scale fracture of silicon"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.10. 2429-2432 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Geshi, T.Hoshi, T.Fujiwara: "Million-atom molecular dynamics simulation by order-N electronic structure theory and parallel computation"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.11. 2880-2885 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] R.Takayama, T.Hoshi, T.Fujiwara: "Kryrov subspace method for molecular dynamic simulation besed on large-scale electronic structure theory"Journal of Physical Society of Japan. vol.73. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Tanaka, T.Fujiwara: ""Electronic structure in aperiodic systems", in "Structure and Properties of Aperiodic Materials", Eds.Y.Kawazoe and Y.Waseda"Springer Verlag. 62 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamamoto, T.Fujiwara: "Charge and spin order in RNiO$_3$(R=Nd, Y) by LSDA+U method"J.Phys.Soc.Jpn.. Vol.71. 1226-1229 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamamoto, T.Fujiwara: "Symmetry consideration and $e_g$ bands in NdNiO$_3$ and YNiO$ 3$"J.Phys.Chem.Solids. Vol.63. 1347-1351 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Atsushui Yamasaki, Takeo Fujiwara: "Electronic Structure of oxides MO (M=Mg, Ca, Ti, V) in the $GW$ approximation"Physical Review B. Vol.66. 245108 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takeo Hoshi, Takeo Fujiwara: "An order-N quantum theory for electronic structures and its application to dynamical brittle fractures"Transactions of Material Research Society of Japan. Vol.27. 301 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Atsushui Yamasaki, Takeo Fujiwara: "Electronic Structure of transition metal Fe, Ni and Cu in the GW approximation"J.Phys.Soc.Jpn.. Vol.72 No.3. (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takeo Fujiwara, Susumu Yamamoto, Yasushi Ishii: "Generalization of the iterative perturbation theory and metal-insulator transition in multi-orbital Hubbard bands"J.Phys.Soc.Jpn.. Vol.72 No.4. (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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